La littérature récente suggère que certaines sous populations cellulaires appelées cellules initiatrices de tumeurs (CIT) seraient particulièrement résistantes aux traitements actuels qui visent préférentiellement les cellules prolifératives et, de ce fait, participeraient activement à l'initiation de récidives tumorales et à la formation des métastases. La caractérisation de ces cellules ainsi que de leurs régulateurs revêt par conséquent un intérêt considérable pour la recherche fondamentale et translationnelle. La progastrine est une pro-hormone sécrétée en quantité anormalement importante par la majorité des tumeurs colorectales et qui joue un rôle important dans la promotion du développement tumoral. Les données publiées du laboratoire montrent en effet que l'inhibition de la PG conduit à la baisse des activités WNT/b-caténine et Notch qui sont des voies de signalisations anormalement activées dans les cancers colorectaux (CCR) et nécessaires au maintien des CIT coliques. Ainsi, le but de ce travail de thèse a été de déterminer si la PG possède un rôle régulateur des CIT coliques. Nos résultats indiquent que la PG est fortement exprimée dans des modèles cellulaires enrichis en CIT tels que le sont les colosphères ou les cellules exprimant fortement l'activité enzymatique des aldéhydes déshydrogénases (ALDH+). Le ciblage de la PG, soit par ARN interférent soit par l'utilisation d'anticorps neutralisant la PG dans des lignées cellulaires ou dans des cellules fraichement isolées de biopsies d'adénocarcinomes coliques humains, altère fortement la capacité d'initiation de colosphères sur plusieurs générations alors que le phénotype est sauvé par l'ajout de PG exogène. Ces résultats reflètent un potentiel d'autorenouvellement moindre des CIT in vitro en absence de PG. Le nombre de cellules ALDH+ diminue aussi significativement en absence de PG. À l'inverse, l'ajout de PG exogène stimule da capacité d'initiation des colosphères et augmente le nombre de cellules ALDH+. In vivo, la diminution de l'expression de la PG dans les cellules ALDH+ permet un délai dans l'initiation tumorale et diminue de 16x la propagation des CIT lors du deuxième passage chez la souris immunodéprimée. Ainsi, la PG est sécrétée par les CIT coliques, et, en retour, cette pro-hormone régule le maintien de ces cellules. Enfin, même si le rôle de la PG dans le tissu intestinal sain n'est pas primordial, nos résultats montrent qu'elle est produite par des cellules situées au fond des cryptes intestinales. Nos résultats viennent conforter l'idée selon laquelle le ciblage de la PG représente une stratégie thérapeutique prometteuse pour le traitement du CCR. / Recent literature strongly suggests that tumor initiating cells (TIC), resistant to chemotherapies, would be responsible for recurrence and metastasis development in colorectal cancer. Discovering new targets to eradicate these cells become urgent. Our team has shown that Progastrin (PG), a hormonal precursor abnormally secreted by most of colorectal tumors, would be a promising therapeutic target for colorectal cancer (CRC). In a mouse model developing spontaneously intestinal tumors, PG expression reduction leads to tumor growth decrease and remaining tumors display an increase of cell differentiation. Interestingly, tumorigenesis diminution is mediated by WNT-bcatenin and Notch transcriptional activity inhibition. These pathways being abnormally activated in CRC and essential for TIC survival and self-renewal, the aim of this work is thought to characterize PG involvement in TIC phenotype. Our results indicate that Progastrin is produced in TIC enriched models such as in colonospheres and in cells that highly expressed Aldehyde Dehydrogenase (ALDH+) activities. Targeting PG by RNAi or using neutralizing antibodies in cell lines or in cells that were freshly isolated from human's colon adenocarcinoma leads to decrease colonosphere number and self-renewal. Moreover, ALDH+ cells number decline after PG downregulation. In contrast, PG supplementation increases colonospheres initiation as well as ALDH+ cell number. In vivo, PG downregulation in ALDH+ cells that usually secretes PG leads to tumor initiation delay even after a second passage of bulk cells in immunodeficient mice. These results suggest also TIC frequency decrease in absence of PG. Thus, we show that PG is secreted by TIC and regulates their activities. Finally, PG role is not primordial for intestinal tissue homeostasis but our results show that this pro-hormonal precursor is preferentially produced at the bottom of intestine crypt cells. To conclude, our results strongly consolidate the idea of targeting Progastrin as a promising therapeutic strategy for colorectal cancer management.

Les cellules souches embryonnaires et adultes sont strictement contrôlées et régulées par différents mécanismes comme l’auto-renouvellement, la différentiation et l’apoptose. Les enzymes impliquées dans la modification des histones et les différents statuts de la chromatine seraient responsables de la mise en place, du maintien et de la propagation des différents profils d’expression des gènes mais le mécanisme sous-jacent reste néanmoins mal compris. Dans nos études, nous avons identifié le rôle de Trrap, un cofacteur des histones acétyltransférases dans le maintien de l’auto-renouvellement des cellules souches embryonnaires et adultes. La perte de la moelle épinière et une mortalité croissante sont survenues suite à la délétion conditionnelle du gène Trrap chez la souris. Ceci est dû à la perte des cellules hématopoïétiques progénitrices ainsi que des cellules hématopoïétiques souches par un mécanisme cellulaire autonome. L’analyse des cellules progénitrices, purifiées, de la moelle épinière à permis de révéler que ces anomalies sont associées à l’induction de l’apoptose indépendante de p53 ainsi qu’à la dérégulation des facteurs de transcription Myc. De plus, la délétion conditionnelle de Trrap dans les cellules souches embryonnaires induit la différentiation due au rôle important que Trrap joue dans la régulation du couplage de la méthylation de l’histone H3 aux lysines K4 et K27 appelées « domaines bivalents », le maintien du statut hyperdynamique de la chromatine et la régulation des gènes spécifiques à l’auto-renouvellement. Ceci est cohérent avec l’essentiel rôle de Trrap impliqué dans le mécanisme qui restreint l’induction de l’apoptose ou de la différentiation, ceci selon le type de cellules souches, et favorise le maintien de l’auto-renouvellement. Ces études ont permis d’identifier les différents rôles essentiels que Trrap joue dans le mécanisme qui permet le maintien des cellules souches embryonnaires et adultes ce qui soulève la possibilité que Trrap et les modifications des histones qui contrôlent l’auto-renouvellement pourraient être importants pour le développement et le maintien des cellules souches cancéreuses. Une meilleure compréhension du mécanisme commun qui implique Trrap et les modifications des histones contrôlant les éléments essentiels des cellules souches normales et cancéreuses s’avèrerait essentiel et très bénéfique pour les stratégies de thérapies épigénétiques qui ont pour but d’éradiquer les cellules souches cancéreuses / Embryonic and adult stem cells are tightly controlled and regulated by self-renewal, differentiation and apoptosis. Histone modifiers and chromatin states are believed to govern establishment, maintenance, and propagation of distinct patterns of gene expression in stem cells, however the underlying mechanism remains poorly understood. In our studies, we identified a role for the histone acetyltransferase cofactor Trrap in the maintenance of embryonic stem cells and hematopoietic stem/progenitor cells. Conditional deletion of the Trrap gene in mice resulted in ablation of bone marrow and increased lethality. This was due to the depletion of early hematopoietic progenitors, including hematopoietic stem cells, via a cell-autonomous mechanism. Analysis of purified bone marrow progenitors revealed that these defects are associated with induction of p53-independent apoptosis and deregulation of Myc transcription factors. Moreover, conditional deletion of Trrap in embryonic stem cells was found to results in unscheduled differentiation. This was due to the essential role of Trrap in coupling of H3K4 and H3K27 methylation ("bivalent-domains"), the maintenance of hyperdynamic chromatin state and regulation of the stemness genes, consistent with the essential function of Trrap in the mechanism that restricts apoptosis or differentiation depending on stem cell type and promotes the maintenance of self-renewal. Together, these studies have identified critical roles for Trrap in the mechanism that maintains embryonic and hematopoietic stem cells and raise the possibility that Trrap and histone modifications controlling self-renewal may be important for the development and maintenance of cancer stem cells. Better understanding of a common molecular mechanism involving HATs and histone modifications that controls key features of normal and cancer stem cells may prove highly beneficial for epigenetics-based therapeutic strategies aiming to eradicate cancer stem cells

Cette thèse concerne la fonctionnalisation des biomatériaux, le titane et l'alliage de titane Ti6Al4V ainsi que le PEEK (Poly-Éther-Éther-Ketone) pour l'application de ces biomatériaux dans les domaines de l'implantologie dentaire et de la reconstruction maxillo-faciale. Au cours de la première partie de ce travail nous avons synthétisé quatre peptides bi-fonctionnels avec une grande affinité pour la surface implantaire de Ti et de Ti6Al4V et également pour les kératinocytes oraux. La spectroscopie de force de la cellule unique (Single Cell Force Spectroscopy - AFM) a été utilisée pour étudier l'adhésion d'une cellule sur les surfaces fonctionnalisées par les quatre peptides bi-fonctionnels. A l'aide du test colorimétrique de para-nitrophenyl phosphate (pNPP) on a démontré l'adhésion des kératynocytes après 4 heures d'incubation sur les surfaces fonctionnalisées avec les peptides bi-fonctionnels. Les résultats de ces études ont démontré la présence d'un peptide bi-fonctionnel qui augmente l'adhésion cellulaire instantanée et l'adhésion 4h après incubation des kératinocytes oraux sur les métaux. Ce peptide résiste à l'influence de facteurs externes tels que l'adsorption d'albumine et représente une proposition prometteuse pour la fonctionnalisation de l'implant de Ti et de Ti6Al4V. La deuxième partie de notre mémoire de thèse décrit une méthode de dépôt par spray des films des multicouches de PLL/PGA (poly-l-lysine/acide polyglutamique), des protéines et des cellules souches pulpaires. Les outils de spray d'usage unique ont été adaptés aux exigences de la bonne pratique de fabrication (GMP - good manufacturing practice). Les premiers tests de prolifération cellulaire ont démontré qu'elle n'a pas été affectée par le spray. L'étude en AFM a démontré que la rugosité et l'épaisseur du film augmentaient exponentiellement avec l'augmentation du nombre des couches déposées. Le traitement physique par UV rayonnement ainsi que le traitement par la déshydratation et la réhydratation des films ont provoqué des changements dans l'épaisseur, l'élasticité et la dureté des films. Le dépôt des protéines sur les MPEs a aussi augmenté l'épaisseur et a influencé la dureté de la surface. Les changements chimiques de la structure des MPEs après le traitement physique et après le dépôt des protéines naturelles ont été étudiés par la spectroscopie Raman. La prolifération cellulaire au 1er, 3e et 8e jours après leur spray sur des films de MPEs et des protéines a été ensuite évaluée. Les MPEs traitées par UV combiné avec déshydratation/réhydratation ainsi que les PEMs couvertes par protéine - CaP ont entrainé une meilleure adhésion et prolifération cellulaires que les MPEs non-traitées. Finalement la méthode de dépôt par spray des MPEs, protéines et aussi des cellules souches pulpaires a été appliquée sur la surface de PEEK. La meilleure prolifération cellulaire au 8e jour après le spray était sur la surface couverte par le film de (PLL-PGA)5-protéine/CaP. Une étude in vitro sur le degré de minéralisation au 21e jour après l'incubation des cellules pulpaire dans un milieu ostéconductuer sur des différentes (MPEs couvertes-PEEK) surfaces a été effectuée. Les résultats de la microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie électronique à transmission (MET), combiné avec des études histologiques ont confirmé la formation d'une matrice extracellulaire minéralisée des autour des cellules pulpaires sur la surface de PEEK. Conclusions: Dans ce travail nous avons décrit une nouvelle approche de fonctionnalisation des surfaces de Ti and Ti6Al4V par des peptides bi-fonctionnels en proposant une séquence prometteuse qui augmente l'adhésion des kératinocytes oraux. Ensuite nous avons développé une méthode de fonctionnalisation de la surface de PEEK par des multicouches de polyeléctrolytes, des protéines naturelles et des cellules souches de la pulpe dentaire. La différentiation ostéoblastique in vitro a été finalement évaluée. / The objective of this thesis was to develop new techniques of surface functionalization of titanium; titanium alloy (Ti6Al4V) and PEEK (poly-ether-ether ketone) surfaces for their application on dental implantology and maxillofacial surgery. During the first part of the thesis we have synthesized four metal binding-cell specific peptides (MCSPs) with high affinity to titanium surface and to oral keratinocytes cells. Single Cell Force Spectroscopy (AFM) was used to study the instantaneous cell adhesion force of keratinicyte cell on MCSPs functionalized surfaces. The colorimetric para-nitrophenyl phosphate (pNPP) essay demonstrates the surface cell adhesion four hours after incubation. The results demonstrate the presence of one bi-functional peptide (MCSP-2) who increases both: the instantaneous and the 4 h cell adhesions. MCSP-2 resist to the influence of external factors like BSA adsorption and could be an interesting candidate for implant surface functionalisation. In the second part of the thesis we have developed a spray deposition method of polyelectrolyte multilayer (PEM) films build. PLL/PGA (poly-l-lysine/poly-glutamic acid) and proteins were used for surface coating. Consequently dental pulp stem cells (DPSC) are sprayed on the PEM films. The aims were to improve a spray -method for cells and the polyelectrolytes deposition on the PEEK implant. The entire spray device was designed for single use, which correspond to good manufacturing practice (GMP) conditions. Cell proliferation in 24 hours after spraying was not disturbed by the spray. Physicochemical properties of PEMs deposited by spray on glass surfaces were performed by Atomic Force Microscopy (AFM) and by contact angle measurements. The results have demonstrated the changes in films thickness and films roughness with increasing numbers of layers corresponding to exponential growth of the films. Physical treatment by UV irradiation and drying-wetting process affects the film thickness and the film elasticity and increases the stiffness of the film. The deposition of protein-CaP and collagen coatings on PEM films increased the layer thickness and influenced the hardness of the surface. Chemical changes in the polyelectrolyte structure during the physical treatment and after proteins deposition were studied by Raman spectroscopy. Cell proliferation of the pulp cells at 1st, 3th and 8th days after pulp cells deposition on PEMs coated glass surfaces, was then evaluated. The results demonstrated that 10 UV/ dray/wetted films and the natural proteins coated films enhanced cell adhesion and cell proliferation. The protein-CaP PEMs covered surface creates the best microenvironment to ensure the cell behavior. Finally PEM films coatings are applied on PEEK implant surface. The AFM study shows the changes of homogeneity and roughness of this surface after PEM film deposition. Contact angle measurement demonstrates decreases of surface hydrophobicity. Cell proliferation of dental pulp stem cells (DPSC) on (PLL-PGA)5-protein/CaP coated PEEK surface was highest compared to other functionalized surfaces. In vitro study of DPSCs osteogenic differentiation was evaluated by the degree of mineralization of the extracellular matrix on the PEEK surface at 21st day after cell incubation. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) combined with histological studies improved the formation of mineralized extracellular matrix and confirmed the osteogenic differentiation of DPSCs on the PEMs coated PEEK surface. Conclusions: In this work we validated the method of Ti and Ti6Al4V functionalization with bi-functional peptides. One peptide that could increase the epithelial cell adhesion to the surface was proposed. Spray deposition technics of PEMs, protein and pulp stem cells were applied for PEEK implant functionalization. Finally we evaluated the differentiation of dental pulp stem cells on the PEEK surface in vitro.

Le silicium poreux est un biomatériau prometteur pour l'ingénierie tissulaire car il est non toxique et biorésorbable. Des modifications de surface permettent de contrôler sa vitesse de dégradation et peuvent favoriser l'adhésion cellulaire. Les cellules souches de la pulpe dentaire (DPSC) sont des cellules souches mésenchymateuses retrouvées dans la pulpe dentaire, à l'intérieur des dents, et constituent une source accessible de cellules souches. Regrouper les capacités de prolifération et différenciation des DPSC avec les propriétés morphologiques et biochimiques du pSi représente une approche intéressante pour des applications thérapeutiques de médecine régénératrice. Dans cette thèse, nous avons étudié le comportement de DPSC humaines sur des supports de pSi, avec des pores variant de quelques nanomètres à plusieurs centaines de nanomètres. Nous avons travaillé sur différentes fonctionnalisations chimiques afin d'optimiser l'adhésion cellulaire et de stabiliser le matériau : oxydation thermique, silanisation et hydrosilylation. L'adhésion, la prolifération et la différenciation osseuse ont été évaluées par microscopie à fluorescence, microscopie électronique à balayage, activité enzymatique, tests de prolifération (activité mitotique), immunofluorescence et spectroscopie FTIR. Le pSi avec des pores de 30 à 40 nm de diamètre s'est révélé être le plus approprié pour l'adhésion, la prolifération cellulaire et la différenciation ostéoblastique. De plus, la structure nanométrique et le relargage d'acide silicique par le pSi a démontré un effet positif sur l'induction osseuse et la formation d'une matrice minéralisée. Le pSi est donc apparu comme un matériau prometteur pour l'adhésion de cellules souches mésenchymateuses, que ce soit pour une transplantation immédiate in vivo ou pour expansion et différenciation in vitro. / Porous silicon (pSi) is a promising biomaterial for tissue engineering as it is both non-toxic and bioresorbable. Moreover, surface modification can offer control over the degradation rate of pSi and can also promote cell adhesion. Dental pulp stem cells (DPSC) are mesenchymal stem cells found within the teeth and constitute a readily source of stem cells. Coupling the good proliferation and differentiation capacities of DPSC with the textural and chemical properties of the pSi substrates provides an interesting approach for therapeutic use. In this thesis, the behavior of human DPSC is analyzed on pSi substrates presenting pore of various sizes, from few to hundreds nanometers. We investigated different chemical surface treatments, in order to enhance cell adhesion and stabilize the material: thermal oxidation, silanization and hydrosilylation. DPSC adhesion, proliferation and further osteodifferentiation were followed for up to 3 weeks by fluorescence microscopy, scanning electron microscopy (SEM), enzymatic activity assay, BrdU assay for mitotic activity, immunostaining and FTIR spectroscopy. Porous Silicon with pore size ranging from 30 to 40 nm was found to offer the best adhesion, the fastest growth rate for DPSC and the highest osteoinductive effect. Moreover, the pSi nanostructure and the release of silicic acid had a positive effect on precursor cells osteodifferentiation and mineralized matrix formation. Porous silicon appeared to be an appropriate biomaterial for mesenchymal stem cells adhesion and immediate in vivo transplantation, or for long term in vitro culture, for stem cells proliferation and differentiation.

Résumé français manquant / Scientific background: GAGs mimetics properties on regenerative process.Glycosaminoglycans (GAGs) are sulfated polysaccharides actually considered as major structural components of the extracellular matrix as well as regulators of cells functions during homeostatic and pathological processes. These GAGs activities are based on their ability to interact with heparin binding growth-factors (HBGF), chemokines and enzymes, to protect them from proteolytic degradation and to potentialyze their interaction with cell surface specific receptors and/or other components of the ECM. GAGs are characterized by their extensive structural diversity, based on the number and location of sulfate or acetylate groups, that would determine specific biological interactions.As comparative tool to study the relationship between the complexity of GAGs chemical structures and their biological functions, we used synthetic GAGs mimetics, derivate from a polymer of dextran and functionalized with carboxylate, sulfate and/or acetate groups. They are structurally and functionally related to natural heparan sulfates. These compounds improved both the rate and quality of regenerative process in numerous animal models of injury after topical treatment.Our hypothesize is that specific HS cooperative interactions with HBGF and ECM compounds could influence both therapeutic progenitors and stem cells properties by compartmentalizing them to specific microenvironment niches, and protecting them against deleterious signals. Such abilities to modulate stem cell biology could be a new way to explain and to take advantage of regenerative properties of these compounds. The principal aim of this work was to demonstrate the effects of GAGs mimetics on Mesenchymal Stem Cells (MSC) properties for application in bone repair. GAGs mimetics as new potentializing agents of mesenchymal stem cells propertiesDuring osteogenesis, a controlled expression of functional HS is required to interact and regulate the activity of growth promoting and osteogenic differentiation factors. However effects of GAGs on MSC properties remain to be analyzed. We focus on two GAGs mimetics leader molecules [OTR4131] and [OTR4120], with distinct chemical characteristics, since sulfated mimetic [OTR4120] was previously shown to stimulate bone repair in vivo. We demonstrate that its acetylated and sulfated counterpart [OTR4131] enhances proliferation, whereas [OTR4120] clearly stimulates migration and osteogenic differentiation properties of rat MSC in vitro, that could explain its bone regenerative effect in vivo. This indicates that GAGs mimetics would be of great interest for potential application in therapy, since according to their structural signature they could modulate specific activities of progenitors and stem cells, and represent an alternative to exogenous growth factor treatments. New matricial strategy for bone repair associating GAGs mimetics to biomaterials and human MSCCell based therapy associated to biomaterials for repair of bone defects are promising but not enough efficient. We proposed to develop matricial strategy, associating efficient micro-environment molecules such as GAGs mimetics, to optimize cell therapeutic approaches. First we validated that GAGs mimetics are effective on human MSC proliferation, migration and differentiation properties in vitro. We demonstrated that colonization efficiency of hydroxyapatite/β-tricalcium phosphate biomaterial scaffolds by human MSC was improved when scaffolds are functionalized with GAGs mimetics in vitro. Finally osteoformation in vivo was evaluated after ectopic transplantation of functionalized and/or cellularized biomaterials in nude mice: few effects were observed on bone formation, whereas osteoclastogenesis and vascularization were clearly modulated by GAGs mimetics immobilized. GAGs mimetics as new mobilizing agents of stem cells...

Le système d’activation du plasminogène (AP) comprenant les protéases uPA et tPA, et leur inhibiteur PAI-1, génère une activité protéolytique dans la matrice extracellulaire et contribue au remodelage tissulaire dans une grande variété de processus physiopathologiques, y compris la myogenèse squelettique, et la différenciation adipocytaire.Nous avons évalué son rôle spécifique dans la différenciation des cellules souches embryonnaires (ES) de souris. On a trouvé que les activités d’uPA et de tPA ainsi que les niveaux protéiques de PAI-1 sont maximaux dans les cellules différenciées, contrairement aux cellules ES indifférenciées où ils sont indétectables et augmentent progressivement dès le jour 3 de la différenciation. La différenciation adipocytaire dans le modèle des cellules ES est inhibée par le traitement par l’amiloride, un inhibiteur spécifique de l’uPA. Egalement, les cellules ES surexprimant une forme active du PAI-1 sous le contrôle d’un système d’expression inductible, montrent des capacités adipogéniques réduites après l’induction du gène. Nos résultats démontrent que le contrôle de l’adipogenèse des cellules ES par le système AP correspond à des étapes successives, différentes, depuis les cellules indifférenciées jusqu’aux cellules bien différenciées. De plus, les capacités de la différenciation adipogénique des cellules pluripotentes induites déficientes en PAI-1 sont augmentées par rapport aux cellules contrôles.Similairement, la myogenèse squelettique est réduite par l’inhibition de l’uPA par l’amiloride ou par la surexpression du PAI-1 durant l’étape terminale de la différenciation du jour 7 au jour 24. Cependant, l’interférence avec l’uPA durant les jours 0 à 3 de la différenciation, stimule la formation des myotubes. Les différenciations cardiomyocyotaire, neuronale, endothéliale et du du muscle lisse ne sont pas affectées par le traitement à l’amiloride ou la surexpression du PAI-1.Nos résultats montrent que le système AP est capable de moduler spécifiquement l’adipogenèse et la myogenèse squelettique des cellules ES par des mécanismes moléculaires successifs différents. / Regulation of the extracellular matrix (ECM) plays an important functional biological role either in physiological or pathological conditions. The plasminogen activation (PA) system, comprising the uPA and tPA proteases and their inhibitor PAI-1, is one of the main suppliers of extracellular proteolytic activity contributing to tissue remodeling. Although its function in development is well documented, its precise role in mouse embryonic stem cell (ESC) differentiationin vitro is unknown. We found that uPA and tPA activities and PAI-1 protein are very low in undifferentiated ESCs and increase strongly during the differentiation, reaching a maximum in well differentiated cells. Adipocyte formation by ESCs is inhibited by amiloride treatment, a specific uPA inhibitor. Likewise, ESCs expressing ectopic PAI-1 under the control of an inducible expression system, display reduced adipogenic capacities after induction of the gene. Our results demonstrate that the control of ESC adipogenesis by the PA system correspond to different successive steps from undifferentiated to well differentiated ESCs. Furthermore, the adipogenic differentiation capacities of PAI-1-/- induced pluripotent stem cells (iPSCs) are augmented as compared to wt iPSCs. Similarly, skeletal myogenesis is decreased by uPA inhibition or PAI-1 overexpression during the terminal step of differentiation. However, interfering with uPA during days 0 to 3 of the differentiation process augments ESC myotube formation. Neither neurogenesis, cardiomyogenesis, endothelial cell nor smooth muscle formation are affected by amiloride or PAI-1 induction. Our results show that the PA system is capable to specifically modulate adipogenesis and skeletal myogenesis of ESCs by successive different molecular mechanisms.

Les cellules souches embryonnaires (ESCs) sont issues de la masse cellulaire interne (ICM) de blastocystes préimplantatoires. Elles sont pluripotentes c'est-à-dire capables de se différencier dans les trois lignages embryonnaires (ectoderme, mésoderme et endoderme) et de s'autorenouveller, c'est-à-dire de se multiplier indéfiniment en culture. Chez la souris, ces cellules (mESCs) sont à la base des techniques de transgénèse permettant des modifications génétiques ciblées. Chez l'Homme ces cellules (hESCs) représentent un grand espoir en médecine régénérative pour traiter des maladies dégénératives comme les maladies de Parkinson ou de Huntington. Le modèle le plus pertinent de l'espèce humaine est le singe. Cependant l'expérimentation sur cette espèce est soumise à une réglementation très stricte. C'est pourquoi il est nécessaire de développer des modèles alternatifs. C'est dans ce cadre que s'inscrit le lapin, qui est phylogénétiquement plus proche de l'Homme que ne l'est la souris. Mon projet de thèse a eu pour but d'étudier la pluripotence dans les ESCs de lapin (rESCs), afin de pouvoir les utiliser en transgénèse et produire des animaux transgéniques, modèles de maladies humaines. La première partie de ces analyses est regroupée au sein de l'article que notre laboratoire a publié en 2013 dans Biology Open (Osteil et al. 2013). D'autres analyses ont abouti à la dérivation de nouvelles lignées stabilisées dans un état plus proche de celui des cellules de l'ICM. L'ensemble des résultats a permis d'établir des bases solides pour la compréhension de la pluripotence et pour la dérivation d'ESCs dites naïves chez un autre mammifère que la souris / Embryonic stem cells (ESCs) result from cultures of inner cell masses (ICMs) isolated at preimplantation blastocyst stage. ESCs are defined by their self-renewal capacity, characterized by robust proliferation while maintaining plutipotent potential, the ability to give rise to cells from all three germ layers mesoderm, endoderm and ectoderm. Mouse ESCs (mESCs) allow the production of transgenic models by site-specific mutagenesis. Human ESCs (hESCs) represent major hope for regenerative medicine in order to treat degenerative diseases like Parkinson or Huntington. The more relevant model of Human is monkey. However, working on this specie is subjected to extremely strict regulation. Consequently it is very important to develop alternative animal models. Rabbit appears to be a very good candidate, because he is phylogenetically closer to Human than the mouse. My thesis project aimed to study the pluripotency mechanism of rabbit ESCs (rESCs), in order to use these cells for the production of transgenic animal models for human diseases. First part of theses analyses is synthesized in a publication into Biology Open in 2013 (Osteil et al. 2013). Other analyses produced new rESCs lines stabilized in a closer state compared to ICM state. All these results led to obtain solid knowledge on pluripotency and derivation on so-called naïve ESCs in a non-rodent specie

La maladie du greffon contre l’hôte (GVHD) reste la complication majeure de l’allogreffe de cellules soucheshématopoïétiques (allo-CSH). La GVHD résulte de l’activation de la réponse immunitaire et de la reconnaissanced’alloantigènes par les lymphocytes T (LT) du donneur, entrainant ainsi des lésions tissulaires principalement auniveau de la peau, des intestins et du foie. L’interleukine-22 (IL-22) est une cytokine sécrétée par les LT Th1,Th17 et les cellules de l’immunité innée (ILC). Compte tenu des propriétés de l’IL-22 dans les tissus cibles de laGVHD, nous avons évalué sa contribution dans la physiopathologie de la maladie à l’aide de modèlesexpérimentaux murins. Il apparaît que les souris qui reçoivent des lymphocytes T invalidés pour l’IL-22développent une maladie moins sévère, et leur mortalité est diminuée. L’IL-22 issue du greffon participe donc à lasévérité de la GVHD en favorisant l’inflammation systémique, mais aussi locale au niveau des organes cibles. Deplus, dans les intestins, l’IL-22 agit en synergie avec les interférons de type I pour amplifier l’inflammation de typeTh1 au cours de la GVHD. Chez l’homme, la GVHD est associée à une modification du microbiote intestinal.Nous avons montré que l’absence d’IL-22 semble favoriser la colonisation de lactobacilles au détriment declostridiums, ce qui pourrait également participer à la diminution de la GVHD intestinale. Enfin, nous avonsmontré que l’effet anti-tumoral est préservé malgré l’absence d’IL-22. Ces résultats permettent donc d’envisagerde nouvelles perspectives thérapeutiques dans le traitement de la GVHD. / Graft-versus-host disease (GVHD) is still the major complication after allogeneic stem cell transplantation. GVHDresults from the activation of the immune response and the recognition by donor T cells of alloantigens leading totissue injury, especially in skin, gut and liver. Interleukin-22 (IL-22) is a cytokine secreted by CD4+ T cells Th1 andTh17 but also by innate lymphoid cells (ILC). Given that IL-22 functions in the GVHD target tissues, weinvestigated its contribution in GVHD physiopathology using mouse experimental models. We showed that IL-22deficiency in donor cells reduced the severity of GVHD by limiting systemic and local inflammation. Moreover, inthe large intestine, IL-22 acts in synergy with type I interferon to increase Th1-like inflammation. In humans,GVHD severity is associated with microbiotal modification in the intestine. We demonstrated that IL-22 deficiencyin donor cells seems to favor lactobacillus colonization instead of clostridium. These changes of microbiotacomposition may reduce the severity of intestinal GVHD. Finally, we showed that the antitumor effect is preservedeven in absence of IL-22 donor cells. Overall, our data support the design of new clinical approaches aiming totarget IL-22 pathways in GVHD patients.

Ce travail de thèse avait pour objectif le développement de systèmes de culture cellulaire, en 2D et en 3D, en mettant à profit les propriétés d’un transporteur d’oxygène marin, HEMOXCell®. Notre approche générale était articulée selon deux grands axes : un premier concernant l’évaluation de l’utilisation d’HEMOXCell® dans la culture de deux modèles cellulaires, et un second, utilisant les résultats obtenus à des fins d’ingénierie tissulaire. Dans le premier axe, l’évaluation de l’effet dose-réponse d’HEMOXCell® dans la culture des cellules CHO-S et des cellules souches mésenchymateuses (CSM), a permis de déterminer des concentrations de travail optimales, favorisant la viabilité et la prolifération cellulaire. Le modèle cellulaire CHO-S a contribué à la mise en place d’un test de performance de la molécule, et encouragé son utilisation dans des systèmes de bioproduction. Les essais menés sur les CSM ont quant à eux permis de valider l’innocuité de la molécule à de faibles doses et le maintien de l’état « souche ». L’idée d’associer les CSM à des supports poreux est prometteuse pour des applications d’ingénierie tissulaire, mais est soumise aux problèmes liés à l’oxygénation en profondeur des supports. Dans le second axe de ce projet, nous avons oeuvré à améliorer la colonisation de substituts osseux et méniscaux, en culture statique et dynamique, en présence d’HEMOXCell®. Parallèlement, une étude a été menée pour tenter de caractériser les cellules méniscales. Les analyses de la colonisation des biomatériaux suggèrent un effet bénéfique d’HEMOXCell® lorsqu’il est utilisé en complément des milieux de différenciation cellulaire. Ce travail a contribué à améliorer la compréhension de ce transporteur d’oxygène et à l’élargissement de ses potentiels champs d’utilisation notamment dans un cadre thérapeutique. / This work aimed to develop cell culture systems, in 2D and 3D, based on the properties of HEMOXCell®, a marine oxygen carrier. Our approach was articulated in two main parts: the first one dealing with the assessment of the use of HEMOXCell® in the culture of two cellular models, and the second one, exploiting the results obtained for tissue engineering purposes. In this first axis, the dose-response effect of HEMOXCell® in the CHO-S cells and mesenchymal stem cells (MSC) in vitro culture, allowed the identification of optimal working concentrations, which can promote cell viability and proliferation. The CHO-S model has contributed to the establishment of a performance test of the molecule, and encouraged its use for bioproduction stimulation. The tests performed on MSCs were used to validate the harmlessness of the molecule at low doses and the maintenance of "stemness". The idea to associate MSCs with porous scaffolds is a promising approach for tissue engineering applications, but it is confronted to the lack of oxygen in the depth of the substitutes. In the second part of this project, we worked at improving the cellularization of bone and meniscal substitutes, under static and dynamic culture systems, w/ and w/o HEMOXCell®. In parallel, a study was conducted to attempt to characterize the meniscal cells. Analyses of cellularized biomaterials suggest a beneficial effect of HEMOXCell® when used as a differentiation media supplement. This work contributed to improve this oxygen carrier understanding and to extend the field of its potential uses particularly for therapeutic applications.

Le virus de la maladie de Marek (MDV) est un alpha-herpesvirus responsable de lymphomes T mortels chez la poule. La peau et en particulier le follicule plumeux est considéré comme le seul site de production de particules virales extracellulaires et est à l'origine de la dissémination horizontale du virus et de la contamination de l'environnement. Cependant, aucun système cellulaire ne permet de reproduire ce qui se passe dans ce tissu. Le but de ma thèse a donc été de développer de nouveaux systèmes de culture permettant de reproduire la réplication, la morphogenèse et l’excrétion décrites in vivo. Pour cela, j’ai développé deux systèmes, des explants de peau d’embryons de poulet cultivés ex vivo et des kératinocytes obtenus par différenciation de cellules souches embryonnaires de poule. J’ai également montré la permissivité au MDV de ces deux modèles de peau puis y ai étudié la réplication et la morphogénèse virale. Ces modèles permettront la recherche des déterminants viraux et cellulaires impliqués dans la production de virions extracellulaires et leur dissémination. / Marek's disease (MD) is a highly contagious virus-induced lymphoma in chicken, caused by an alphaherpesvirus named Marek’s disease virus (MDV). The skin and especially, the feather follicle is the only tissue known to produce infectious cell-free virions and is responsible for the shedding of MDV into the environment and transmission between birds. However, no cell culture system actually reproduces this process ex vivo. Herein my thesis aim was to develop new culture systems to reproduce the efficient MDV replication, morphogenesis and shedding from the feather follicle. For that, I developed two systems, skin explants derived from embryos cultivated ex vivo and keratinocytes obtained by differentiation of chicken embryonic stem cells. I also showed that these two models were permissive to MDV infection and I studied in each one MDV replication and morphogenesis. These models will allow the search of viral and cellular determinants involved in the production of extracellular virions and shedding.