Le tissu osseux a la capacité de se régénérer suite à une fracture. Cependant, des consolidations incomplètes concernent aujourd’hui environ un million de personnes par an. L’approche d’ingénierie tissulaire associant des cellules stromales mésenchymateuses (CSM) à des biomatériaux émerge comme une stratégie prometteuse pour réparer ces défauts. Par ailleurs, l’efficacité de la régénération osseuse semble varier en fonction du donneur mais aussi du support associé. L’objectif de mon travail de thèse a été de comprendre les mécanismes à l’origine de ces variabilités. Pour cela, nous nous sommes intéressés à deux mécanismes : (i) l’impact des biomatériaux sur le devenir et les fonctions des CSM et (ii) l’impact de l’hétérogénéité inter-donneur des CSM sur les mécanismes moléculaires in vitro et in vivo, à l’origine des différences du potentiel ostéoformateur de ces cellules.Dans un premier temps, deux types de biomatériaux largement utilisés en clinique ont été comparés dans un modèle murin de greffe ectopique : une céramique biphasique d’hydroxyapatite/béta-tricalcium-phosphate (HA/bTCP) et une matrice osseuse humaine gamma-irradiée (Tutoplast® process Bone [TPB]). Nos résultats ont montré une meilleure formation osseuse lorsque les CSM sont combinées au TPB par rapport au HA/bTCP. Ceci est associé à une meilleure adhésion des CSM in vitro et in vivo ainsi qu’à une différentiation ostéoblastique supérieure sur le TPB. La contribution directe des CSM à former l’os est associée à un effet paracrine sur la chémoattraction et/ou la différentiation ostéogénique des cellules de l’hôte. Cet effet est indépendant des chimiokines PDGF et SDF-1 mais semble être régulé par la voie d’IGF-1. Un autre effet paracrine des CSM est observé sur l’activité ostéoclastique, qui est plus importante sur la céramique HA/bTCP et qui semble être régulée par le facteur RANKL. L’augmentation de l’activité ostéoclastique pourrait être à l’origine d’un déséquilibre de la balance résorption/formation osseuse sur le HA/bTCP.Ainsi, nos résultats montrent que le support impacte la persistance des CSM au niveau du site de la greffe ainsi que leur rôles directs et paracrines, l’ensemble étant à l’origine d’une variabilité de la formation osseuse.Cette formation osseuse a été observée avec seulement 70% des donneurs de CSM. Nous avons donc décidé dans la deuxième partie de ce projet d’évaluer les différences entre ces deux groupes de donneurs. In vitro aucune différence de prolifération, de différentiation ou de phénotypie des CSM n’a été observée. De plus, les analyses transcriptomique et sécrétomique réalisées in vitro n’ont montré aucune variabilité entre les deux groupes. In vivo, la persistance des CSM sur le site de la greffe est donneur dépendante et n’est pas liée à un défaut de vascularisation ou à une mort cellulaire par apoptose augmentée. Par ailleurs, nos résultats soutiennent l’existence d’une corrélation entre la formation osseuse et la capacité des CSM greffées à adhérer au support, survivre ainsi qu’à participer à la formation osseuse via une action directe et un effet paracrine.En conclusion, ce travail montre que l’efficacité de la formation osseuse dépend du devenir et des fonctions des CSM greffées. L’origine (donneur) ainsi que le microenvironnement (support associé) impactent l’adhésion, la survie et les mécanismes d’action de ces cellules au cours de la régénération osseuse. De plus, nous avons constaté que le potentiel ostéogénique des CSM est dû à leur participation directe à former l’os qui est synergique à un effet paracrine de chémoattraction et/ou de différentiation ostéogénique des cellules de l’hôte. / Despite bone capacity to regenerate after injury, incomplete consolidation concerns 1 million persons per year. Bone tissue engineering involving human bone marrow mesenchymal stromal cells (hBMSCs) loaded on biomaterials emerges as a new strategy to repair large bone defects. Nevertheless, efficacy of bone regeneration seems variable depending on the donor as well as on the associated scaffold. The aim of my PhD work was to understand mechanisms responsible for these variabilities. To this end, we focused on two objectives: (i) the impact of biomaterials on hBMSCs behavior and (ii) the impact of hBMSCs heterogeneities on molecular mechanisms in vitro and in vivo, resulting in variable bone-forming potential of these cells.First, two scaffolds widely used clinically were compared in an ectopic mouse model: the synthetic hydroxyapatite/beta-tricalcium-phosphate bioceramic (HA/βTCP) and the gamma-irradiated-processed human bone allograft (Tutoplast® Process Bone [TPB]). Our results showed that bone formation is higher when hBMSCs are loaded on TPB compared to HA/bTCP. This was correlated to a better hBMSCs adhesion in vitro as well as in vivo and to their higher osteoblastic differentiation on TPB. The direct participation of hBMSCs to form bone was associated to a paracrine effect of hBMSCs by inducing host cell chemoattraction and/or osteogenic differentiation, mediated probably by the IGF-1 pathway but independently from PDGF or SDF-1. Another paracrine effect was also observed on osteoclastic activity which was more important on HA/bTCP and could be RANKL dependent. This may impact the bone resorption/formation balance. Taken together, our results show that the associated scaffold impact MSCs persistence on the graft site, as well as their direct and paracrine effects leading to a variability in new bone amount.As bone formation was observed with only 70% of our donors, we then evaluated differences between the two groups. In vitro, no differences in cell proliferation, differentiation or phenotype were detected. Furthermore, transcriptomic and secretomic analysis in vitro did not identify any variability. The assessment of cell behavior in vivo showed that persistence of grafted cells was donor dependent and was not linked to a vascularization failure or a higher apoptosis. However, our results highlighted a correlation between bone formation and the ability of hBMSCs to attach and survive on the biomaterial as well as to contribute to bone formation by direct and paracrine effects.In conclusion, this work show that the efficacy of bone formation depend on the behavior of grafted hBMSCs. The origin (donor) and the microenvironment (associated scaffold) will impact their adhesion, survival and mechanisms of action during bone regeneration. Moreover, we identified that the osteogenic potential of hBMSCs act through a direct contribution that is synergic to a paracrine effect for host cell chemoattraction and differentiation.

Grâce à leurs propriétés de différenciation, les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) constituent aujourd’hui un outil en médecine régénérative. La moelle osseuse reste une des plus utilisées. Une diminution de la capacité de prolifération et de différenciation des CSM-MO, au cours des passages, a été montrée. En parallèle, certaines études montrent que l'impact de l'âge du donneur sur les propriétés de CSM-MO reste encore controversé. Le but de notre étude était de mieux comprendre l'effet de l'âge du donneur mais aussi des passages en culture sur la capacité de prolifération et de différenciation des CSM de moelle osseuse. Les échantillons ont été séparés en 4 groupes en fonction de l’âge des donneurs (<20 ans; 20-40 ans; 40-60 ans; >60 ans) et les analyses ont été réalisés lors de la culture de cellules pendant 5 passages. Les résultats obtenus montrent que la capacité de prolifération de CSM-MO obtenues à partir de donneurs jeunes est supérieure à celle de cellules des donneurs âgés. De plus, cette capacité de prolifération diminue en fonction des passages en culture. En parallèle, la capacité des cellules à former des colonies, mesurée par le test CFU-F, diminue légèrement en fonction de l’âge des donneurs mais de façon importante en fonction du passage. Enfin, la capacité de différenciation des CSM-MO vers les trois types cellulaires étudiés, diminue en fonction des passages de cellules mais également en fonction de l’âge des donneurs. Notre étude montre que les propriétés des CSM issues de moelle osseuse sont modifiées lors de l’amplification in vitro mais aussi en fonction de l’âge des donneurs / Today with their properties of differentiation into specific cells types, mesenchymal stromal cells (MSC) can be used in regenerative medicine. Bone marrow (BM) is the better characterized one. The researchers have proven that with increasing passage number in culture the proliferation and differentiation potential of MSC decrease. In parallel many researchers have showed the impact of donor age on MSC properties remains controversial. The aim of our study was to better understand the effect of donor age but also culture passages on the proliferation and differentiation ability of bone marrow mesenchymal stromal cells. The samples were separated into 4 groups depending on the donor age (<20 years; 20-40 years; 40-60 years; > 60 years) and The samples were cultured for 5 passages. The results obtained show that the MSC proliferative capacity obtained from young donors is greater than that of cells from older donors. In addition, the proliferative capacity decreases with increasing passage number in culture. In parallel, the ability of colony-forming unit-fibroblast, measured by the CFU-F assay, decreases slightly depending on the age of the donors but significantly depending on the passage. Finally, the MSC differentiation ability decreases according to the passage of the cells but also depending on the donor age. Our study shows that the properties of bone marrow derived MSC are modified not only during amplification in vitro but also in terms of donor age

La réparation osseuse est assurée par le recrutement constant de cellules souches/progéniteurs ostéo-compétents de nature hématopoïétique (CSH/PH), et mésenchymateuse (CSM). Une approche prometteuse pour le traitement des défauts osseux graves consisterait à favoriser le recrutement et la mobilisation des CSH/PH et des CSM à partir de la moelle osseuse vers le site de lésion. Plusieurs facteurs environnementaux sont connus pour moduler la prolifération, la mobilisation et la différenciation des progéniteurs ostéocompétents, dont l’hypoxie et l’hypodynamie (absence de contraintes mécaniques). Le but de ce travail de thèse a été d’investiguer in vivo l’impact de l’hypoxie respiratoire et de l’absence de contraintes mécaniques, appliquées séparément ou ensemble sur i) la mobilisation des progéniteurs ostéocompétents et sur ii) la réparation d’un défaut osseux cavitaire fémoral chez la souris. Sur un modèle murin dépourvu de défaut osseux, nos données montrent que l’hypoxie respiratoire est un agent mobilisateur des progéniteurs ostéocompétents, et qu’elle pourrait donc potentiellement exercer des effets bénéfiques sur la réparation osseuse. Toutefois, les effets de l’hypoxie sont modulés selon le statut hypodynamique ou non de l’animal. L’absence de contraintes mécaniques limite la mobilisation des progéniteurs érythrocytaires et mésenchymateux initiée par l’hypoxie, suggérant un effet potentiellement délétère de l’hypodynamie en condition hypoxique dans le contexte de la réparation osseuse. Chez les souris opérées, nous confirmons que l’hypoxie respiratoire déclenchée lors des phases de remodelage améliore la réparation du défaut osseux cavitaire. Une mobilisation des progéniteurs mésenchymateux et hématopoïétiques du fémur contra-latéral vers le fémur opéré est noté, mais le mode d’action de l’hypoxie passerait plutôt par une accélération du mécanisme de réparation dans la zone lésée. De façon intéressante, nous montrons que l’hypodynamie ne diminue pas le bénéfice apporté par l’hypoxie respiratoire à la réparation osseuse. En conclusion, ce travail de thèse identifie l’hypoxie respiratoire comme un candidat thérapeutique pertinent pour l’amélioration de la réparation osseuse. Bien que la perte des contraintes mécaniques module la biologie des cellules ostéoprogénitrices en absence de lésion, l’hypodynamie ne semble pas influencer la consolidation osseuse dans le cadre d’une amélioration de la réparation par un épisode hypoxique tardif. / Many environmental factors are known to influence bone cell fate, including proliferation, mobilization and differentiation of osteoprogenitor cells deriving from both hematopoietic and mesenchymal lineages. Among these factors, hypoxia and unloading (lack of mechanical loading / hypodynamia) are of particular interest. This study aims at investigating the impact of short-term hypobaric hypoxia and hindlimb unloading applied alone or in combination i) on the mobilization of osteocompetent progenitor cells on mice and ii) on the healing in a mouse model of surgical metaphyseal bone defect.In mice free of bone defect, our data indicate that respiratory hypobaric hypoxia acts as a mobilizing stimulus for osteoprogenitor cells. However, the effects of hypoxia in the bone marrow depend on whether mice are subjected to hindlimb unloading or not: hypodynamia tends to restrain the mobilization of both mesenchymal and erythroid progenitors under hypoxia. This suggests a potential detrimental influence of hypodynamia in the course of bone healing in hypoxic condition.In mice with surgery, we showed that hypobaric hypoxia during the remodelling process strongly enhances bone healing. A mobilization of both mesenchymal and hematopoietic progenitors is detected from the contralateral femur to the operated femur. In the lesion area, an acceleration of the repair process is evidenced. Interestingly, hindlimb unloading does not exert any negative influence on bone repair in our animal model. In conclusion, this study identifies delayed hypobaric hypoxia as a potent candidate to enhance bone healing. Even if unloading exerts significant effects on the biology of osteoprogenitor cells on mice free of bone defect, its influence is not detrimental for bone repair.

Les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) possèdent de nombreux atouts pour la thérapie cellulaire du cerveau. Nous avons tout d'abord démontré que les CSM ne migraient pas dans le cerveau de rats sains alors qu'elles étaient attirées par une lésion située à grande distance de leur site d'implantation. Nous avons également confirmé que la faible survie et différenciation neuronale des cellules in vivo constituent les obstacles majeurs à la thérapie cellulaire du cerveau. Par conséquent, nous nous sommes ensuite attachés à améliorer le potentiel de différenciation neuronal des CSM avant transplantation, à l'aide d'un pré-traitement en « epidermal growth factor » (EGF) et « basic fibroblast growth factor » (bFGF) in vitro. Finalement, nous avons associé des CSM à des vecteurs polymériques, les microcarriers pharmacologiquement actifs (MPA), afin de favoriser la survie, la différenciation neuronale et les capacités de réparation tissulaire des cellules après transplantation. Ces microsphères de PLGA ont ainsi été enrobées d'une surface biomimétique de laminine, après en avoir démontré les bénéfices sur la différenciation neuronale des CSM in vitro. Des CSM ont ensuite été mises en contact avec des MPA enrobées de laminine et libérant une neurotrophine, avant transplantation dans un modèle animal de la maladie de Parkinson. D'importants effets fonctionnels ont été observés par rapport à la greffe de cellules seules, et cette stratégie est la première à démontrer l'intérêt de cellules souches adultes associées à des vecteurs polymériques bioactifs pour protéger le système nerveux central dans le contexte de la maladie de Parkinson.

L'hématopoïèse est un processus finement régulé pour permettre sa pérennité et son adaptation aux contraintes physiologiques et pathologiques. Ce potentiel repose en grande partie sur les capacités de quiescence, auto-renouvellement, division asymétrique et multipotence des cellules souches hématopoïétiques (CSH). Les CSH et progéniteurs hématopoïétiques (CSPH) sont principalement régulés de façon extrinsèque au sein des niches hématopoïétiques médullaires et cette régulation fait intervenir, des contacts intercellulaires et des facteurs diffusibles. Le phénotype " side-population " (SP), secondaire à l'efflux actif d'un colorant fluorescent (Hoechst 33342) par des pompes de type multidrugresistance, est une caractéristique des cellules souches de la plupart des tissus. Au sein de l'hématopoïèse, le phénotype SP est un excellent moyen pour identifier les CSH murines et est associé à leur quiescence et à leur adhésion à la niche endostéale, mais sa valeur comme marqueur des CSH est plus discutée chez l'homme. Les cellules SP, de par leur nature, sont également étudiées en oncologie, et sont associées aux cellules tumorales les plus résistantes et les plus tumorogènes. La compréhension des mécanismes régulant la fonctionnalité SP devrait permettre d'ouvrir des pistes en physiologie quand à la compréhension de la régulation des CSPH par les niches mésenchymateuses et en pathologie pour cibler les mécanismes de chimiorésistance.Dans ce travail nous montrons pour la première fois chez l'homme que l'acquisition du phénotype SP est un phénomène dynamique et versatile sous le contrôle du stroma médullaire. Le stroma médullaire est en effet capable de maintenir le phénotype SP de CSPH médullaires et d'induire le phénotype SP de CSPH circulants. L'acquisition du phénotype SP par les cellules circulantes nécessite à la fois un " nichage " au sein du stroma et des facteurs diffusibles. Les cellules circulantes capables d'acquérir le phénotype SP contiennent des CSPH au regard de (i) leur expression du CD34, (ii) leur richesse en cellules quiescentes, (iii) leur capacité clonogénique et proliférative en cultures secondaires, (iv) leur expression des gènes de " nichage " et de " souchitude ", (v) leur capacité de migration en réponse à un gradient de CXCL12, (vi) leur activité LT-SRC in vivo. De plus nous avons mis en évidence, au sein de ces CSPH SP+CD34+ révélés par le stroma médullaire, une sous-population CD44-/faible qui pourrait contenir les cellules plus immatures en raison de sa quiescence et de l'intensité de son efflux du Hoechst 33342. Les études mécanistiques montrent que l'acquisition du phénotype SP par les cellules circulantes est sous la dépendance de l'intégrine VLA-4 et du CD44. La transduction du signal implique des protéines G et la famille des Src-kinases. Nous montrons également que le stroma médullaire peut induire/maintenir/amplifier la fonctionnalité SP de blastes circulants de leucémie aigüe myéloblastique de façon ß1-intégrine dépendante et que cette fonctionnalité est associée à une capacité d'efflux de Mitoxantrone. Ce mécanisme de modulation de l'activité d'ABC-transporteurs par l'adhésion au stroma correspond à un mécanisme encore jamais décrit de CAM-DR.

L’hématopoïèse se déroule dans un microenvironnement spécialisé appelé niche où les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont en contact étroit avec les cellules stromales mésenchymateuses. Cette interaction cellulaire associée à d’autres facteurs environnementaux, comme la présence des espèces réactives à l’oxygène, est cruciale pour la régulation des CSH normales, mais aussi leucémiques. Pour étudier ce microenvironnement, il est donc important de développer un modèle in vitro de niche humaine qui mime la physiologie in vivo. Nous avons choisi comme modèle deux lignées mésenchymateuses stromales humaines HS-27a et HS-5, très peu décrites dans la littérature. Le premier objectif a été de déterminer la qualité de cette niche tant du point de vue cellulaire, moléculaire que fonctionnel. Nos résultats montrent clairement que les cellules HS-27a participent à la formation d’une niche « quiescente » alors que les cellules HS-5 représentent une niche « proliférative ». Le deuxième objectif a été de créer une niche contrôlée pour le métabolisme oxydatif en régulant l’expression d’une protéine antioxydante, la glutathion peroxydase 3 ou GPx3. L’originalité de ce travail repose sur l’utilisation d’une méthode non virale de transfert de gène par le transposon piggyBac. Le plasmide porteur du gène d'intérêt a été apporté sous forme d’ADN et une source de transposase, enzyme catalysant la réaction d'intégration sous forme d’ARNm. Notre travail montre que GPx3 est un régulateur clé de l’homéostasie hématopoïétique favorisant le maintien des progéniteurs immatures. Pour la première fois, nous créons par ingénierie in vitro une niche hématopoïétique « calibrée » capable de mimer le microenvironnement normal et leucémique. Ce modèle permet non seulement d’identifier les acteurs clés de la régulation des cellules médullaires, mais aussi de développer des stratégies thérapeutiques ciblées. / Hematopoiesis occurs in a hypoxic microenvironment or niche in which hematopoietic stem cells (HSCs) are in close contact with mesenchymal stromal cells. Cellular interactions as well as microenvironmental factors such as reactive oxygen species are crucial for the maintenance of normal and leukemic HSCs. Developing an in vitro human culture system that closely mimcs marrow physiology is therefore essential to study the niche. Here, we present a model using two human stromal cell lines, HS-27a and HS-5. Previously poorly described in the literature, we have further characterized both of these cell lines. The first objective was to assess the quality of HS-27a and HS-5 niches by investigating their cellular, molecular and functional characteristics. Our results clearly show that HS-27a cells display features of a “quiescent” niche whereas HS-5 cells rather represent a “proliferative” niche. The second objective was to engineer a hematopoietic niche where the oxidative metabolism is optimized for the expression of an antioxidant protein, glutathione peroxidase 3 (GPx3). The originality of this work is the use of a non-viral gene transfer system by using the transposon piggyBac. This strategy was achieved by delivering a DNA plasmid carrying the gene of interest, and an mRNA source of transposase, the enzyme which catalyzes the transgene integration. Functionally, GPx3 was shown to be a key regulator for sustaining hematopoietic homeostasis by maintaining immature progenitor cells. For the first time, an original non-viral gene transfer has been used to create an in vitro hematopoietic niche that recapitulates the complexity of normal and leukemic microenvironment. This niche not only provides a platform to identify regulatory factors controlling medullary cells, but may also help in the development of targeted therapeutic strategies.

Le cancer ovarien est la 1ère cause de décès par cancer gynécologique. A ce jour, le traitement le plus efficace consiste en une exérèse la plus complète possible de la tumeur associée à une chimiothérapie à base de sel de platine et de taxanes. Cependant, la survie globale des patientes à 5 ans reste faible (environ 40%), due à un fort taux de récidive et au développement d'une résistance aux traitements. Les interactions entre les cellules tumorales ovariennes (CTO) et le microenvironnement semblent être impliquées dans la progression de la maladie et l'acquisition de cette chimiorésistance. Parmi les cellules du microenvironnement tumoral, nous avons pu isoler des cellules stromales mésenchymateuses (MSC) à partir de biopsies de carcinome ovarien. Ces MSC associées au cancer (CA-MSC) ont la capacité d'induire une résistance des CTO au traitement par carboplatine. Afin de mieux comprendre les mécanismes conduisant des MSC à sécréter des facteurs pro-tumoraux, dans un contexte de cancer ovarien, nous avons mis en place un modèle à partir de MSC issues de donneurs ne présentant pas de cancer. Nous avons observé que la présence d'un environnement tumoral ovarien modifie le phénotype de MSC de moelle osseuse (BM-MSC) physiologiques, en entrainant notamment la sécrétion par ces CA-MSC " induites " de facteurs chimioprotecteurs pour les CTO. Parmi les facteurs sécrétés, nous avons identifié des chimiokines telles que CXCL1, CXCL2 et IL-8 comme des cibles thérapeutiques intéressantes pour lutter contre la résistance à la chimiothérapie. En effet, les CA-MSC et les CA-MSC " induites " sécrètent plus de CXCL1, CXCL2 et d'IL-8 que les BM-MSC. En outre, l'inhibition des récepteurs de ces chimiokines (CXCR1 et CXCR2) sensibilise les CTO au carboplatine, même en présence des sécrétions des CA-MSC et des CA-MSC " induites ". Ces expériences in vitro ont été confirmées in vivo dans un modèle expérimental murin. En effet, la co-injection à des souris immunodéprimées de MSC avec des CTO humaines entraine une protection des CTO vis-à-vis du carboplatine comparée à l'injection de CTO seules. Le co-traitement avec un inhibiteur de CXCR1 et de CXCR2 a permis de sensibiliser les CTO au carboplatine et d'empêcher la chimiorésistance induite par les MSC. En effectuant une étude rétrospective évaluant la concentration de ces chimiokines au moment du diagnostic, nous avons confirmé que les patientes qui seront a posteriori " résistantes " au carboplatine ont une concentration sérique de ces chimiokines qui est plus élevées que les patientes du groupe " sensibles " au carboplatine. Outre leur rôle direct dans l'acquisition de la chimiorésistance, les chimiokines comme CXCL1, CXCL2 et IL-8 peuvent être impliquées dans la régulation du système immunitaire. Nous avons montré que les CA-MSC étaient capables de modifier le phénotype des macrophages vers un phénotype M2 décrit comme pro-tumoral. En effet, ces macrophages ainsi polarisés ont un pouvoir cytotoxique dirigé contre les CTO inférieur aux macrophages non stimulés. L'ajout d'un inhibiteur de CXCR1 et de CXCR2 restaure le pouvoir cytotoxique initial des macrophages, même en présence des sécrétions des CA-MSC. Ainsi nos travaux suggèrent que les CA-MSC pourraient provenir de MSC physiologiques qui, au contact d'un environnement tumoral ovarien, vont acquérir un phénotype capable d'induire la sécrétion de facteurs chimioprotecteurs pour les CTO et de polariser les macrophages vers un phénotype moins cytotoxique pour les CTO. Ces deux phénomènes pro-tumoraux peuvent être inhibés par l'utilisation d'un inhibiteur des récepteurs de CXCR1 et de CXCR2. Ainsi ces récepteurs des chimiokines, semblent être des cibles thérapeutiques intéressantes afin de sensibiliser les CTO au carboplatine et traiter plus efficacement la tumeur. Ceci pourrait permettre d'éviter les récidives des cancers ovariens qui sont, à l'heure actuelle, observées chez plus de 70% des patientes. / Ovarian cancer is the leading cause of gynecological cancer death. To date, the most effective treatment consists of the complete excision of the tumor associated with chemotherapy based on platinum salts and taxanes. However, the 5-year overall survival remains low (close to 40%) due to a high rate of recurrence and development of resistance to treatments. Disease progression and the acquisition of this chemoresistance seem to be due to interactions between ovarian tumor cells (OTC) and the microenvironment. Amidst the cells of the tumor microenvironment, we were able to isolate mesenchymal stromal cells (MSC) from tumor biopsies of patients with ovarian adenocarcinoma. These cancer-associated MSC (CA-MSC) have the ability to induce resistance to carboplatin in OTC. In order to understand the mechanisms leading to the secretion of pro-tumoral factors by the CA-MSC in the context of ovarian cancer, we have developed a model based on the in vitro MSC culture of from healthy donors in tumor conditioning media. We have observed that an ovarian tumor environment modifies the physiological phenotype of bone marrow MSC (BM-MSC), leading in particular to the secretion by these "induced" CA-MSC of chemoprotective factors for OTC. Among these secreted factors, we have identified chemokines such as CXCL1, CXCL2 and IL-8 as therapeutic targets in order to control drug resistance. In fact, CA-MSC and "induced" CA-MSC secrete more CXCL1, CXCL2 and IL-8 than BM-MSC and the use of an inhibitor of their receptors (CXCR1 and CXCR2) sensitized OTC to carboplatin even in the presence of CA-MSC and " induced " CA-MSC secretions. These in vitro experiments have been confirmed in an experimental mouse model in vivo. Indeed, the co-injection of MSC with OTC yielded a greater protection of OTC to carboplatin compared with the OTC injection alone. Co-treatment with a CXCR1 and CXCR2 inhibitor resulted in sensitization of OTC to carboplatin and prevention of MSC-induced chemoresistance. We conducted a retrospective study evaluating the concentration of these chemokines at the time of diagnosis. We thus showed that patients who are a posteriori "resistant" to carboplatin have a higher concentration of chemokines than patients belong to the "sensitive" group to carboplatin. In addition to their direct role concerning the acquisition of chemoresistance, chemokines such as CXCL1, CXCL2 and IL-8 may be involved in the immune system regulation. In this context, we showed that CA-MSC were able to modify the phenotype of macrophages into a M2 phenotype described in literature to have a pro-tumoral activity. Indeed, these polarized macrophages present a lower cytotoxic capacity against OTC than unstimulated macrophages. CXCR1 and CXCR2 inhibitor restores the initial cytotoxic activity of macrophages even in the presence of CA-MSC secretions. Thus, our work suggests that CA-MSC could originate from physiological MSC which, in contact with an ovarian tumor environment, acquire a phenotype capable of inducing the secretion of chemoprotective factors for CTO and of polarizing macrophages into a less cytotoxic phenotype for OTC. These two pro-tumoral mechanisms can be inhibited by the use of CXCR1 and CXCR2 receptor inhibitors emphasizing the role of these chemokines in the development of a chemoresistance and showing how important is to go further is this study. Finally, these chemokines receptors seem to be therapeutic targets in order to sensitize OTC to carboplatin and to potentialize actual treatments. This could prevent the recurrence of ovarian cancers that are presently observed in more than 70% of patients.

Le myélome multiple (MM) est une hémopathie maligne de la lignée B qui se manifeste par <p>une accumulation de plasmocytes monoclonaux dans la moelle osseuse. Le MM se caractérise par <p>la nature inéluctable de ses rechutes de plus en plus réfractaires au traitement. Au sein de la moelle <p>osseuse, les cellules malignes interagissent avec leur microenvironnement notamment composé de <p>cellules stromales mésenchymateuses (CSM). Les CSM apportent un soutien aux cellules <p>plasmocytaires (PC) malignes via des interactions cellulaires directes (VLA-4, VCAM-1, CD44,…) <p>ou par la production de cytokines (IL-6, SDF1, VEGF,…). De ces interactions résulte l’apparition <p>d’altérations constitutives au sein des MM-CSM telles qu’une production réduite de dépôts de <p>calcium et une augmentation de la sécrétion de nombreux facteurs (IL-6, GDF-15, etc.). <p>L’objectif de ce travail est de mieux caractériser les anomalies constitutives (génomiques, <p>prolifératives, immunomodulatrices, etc.) des MM-CSM et d'évaluer l’impact des traitements reçus <p>par les patients sur ces anomalies. Ces analyses permettront de mieux définir le rôle des CSM dans <p>la physiopathologie et la progression de la maladie afin de mettre en évidence d’éventuelles cibles <p>thérapeutiques.<p>Compte tenu de l’altération de nombreux acteurs du cycle cellulaire mise en évidence par <p>notre analyse du profil d’expression génique des MM-CSM après comparaison avec celui des CSM <p>de donneurs sains (DS-CSM), nous avons décidé d’étudier leurs capacités prolifératives. Nos <p>observations démontrent que a) les MM-CSM sont caractérisées par une réduction de leur <p>clonogénicité et par un temps de doublement plus important par rapport aux DS-CSM b) l’entrée <p>précoce des MM-CSM en sénescence est confirmée par l'augmentation drastique du nombre de <p>cellules exprimant la « senescence-associated β-galactosidase », par l’augmentation de la taille <p>cellulaire, par l’expression spécifique de membres du « senescence-associated secretory profile » <p>(SASP) et par la surexpression de TP53 et TP21, deux facteurs importants du cycle cellulaire et de <p>la sénescence c) l’ostéoblastogenèse des MM-CSM est altérée en raison de ce processus de <p>sénescence, à savoir, une réduction de la production de calcium et une hausse précoce de l’activité<p>de la phosphatase alcaline des MM-CSM par rapport aux DS-CSM d) l’activité de support à <p>l’hématopoïèse des MM-CSM est augmentée (« increased Blast-Colony Forming Cells and LongTerm Culture Initiating Cells »). <p>Dans la seconde partie de ce travail, on s’est intéressée plus particulièrement aux capacités <p>immunomodulatrices des MM-CSM. Nous avons observé, par réaction mixte lymphocytaire et <p>stimulation mitogénique (PHA/IL-2), a) une réduction de l’inhibition de la prolifération des <p>lymphocytes T activés en présence de MM-CSM par rapport aux DS-CSM b) une inversion du ratio <p>Th17/Treg lorsque des lymphocytes T activés sont cultivés en présence de MM-CSM par rapport <p>aux DS-CSM ;les mécanismes potentiellement impliqués dans ces altérations ont été investigués c)<p>les MM-CSM présentaient une expression anormale du CD40/40L, VCAM1, ICAM-1, LFA-3 <p>HLA-DR et HLA-ABC et des taux d’IL-6 et d’IL-10 altérés ont été mesuré dans le milieu de <p>culture lorsque les lymphocytes T activés étaient cultivés en présence de MM-CSM par rapport aux <p>DS-CSM. <p>Nos résultats suggèrent que les MM-CSM entrent précocement en sénescence avec de <p>profondes altérations de leurs propriétés biologiques et notamment leur capacités <p>d'immunomodulation et de différenciation ostéogénique. Nous concluons que l’entrée en <p>sénescence des MM-CSM pourrait être à l’origine d’une altération du microenvironnement tumoral <p>qui favoriserait rechutes et résistances aux traitements. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les syndromes myélodysplasiques (SMD) sont considérés comme des maladies clonales des cellules souches hématopoïétiques (CSH). Le microenvironnement joue un rôle important par ses contacts direct avec les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH). Notre objectif était d'évaluer les défauts de croissance des cellules stromales mésenchymateuses (CSM) dans les MDS, d’explorer les molécules d’adhérence impliquées, et d'effectuer des corrélations avec leurs dysfonctionnements de croissance et les anomalies des CPH. Les CSM de MDS sont intrinsèquement pathologiques, montrant une baisse continue de la prolifération pendant 14 jours de culture et une capacité clonogénique réduite. Ces anomalies sont corrélés à une diminution des molécules d'adhérence CD44 et CD49e. Par ailleurs, le potentiel clonogénique des CPH est contrôlé par des mécanismes d'adhérence dépendant du stroma, CD49e pouvant être une des molécules impliquées. L’analyse en immunofluorescence des protéines d'adhérence focale (FA), paxilline et pFAK [Y397], et des deux protéines régulatrices, HSP90αβ et p130CAS permet l'identification d’anomalies qualitatives et quantitatives. Une expression accrue de paxilline, pFAK et HSP90αβ et leur forte co-localisation nucléaire dans les CSM d'anémie réfractaire avec excès de blastes (AREB) sont corrélées avec un avantage prolifératif et un impact négatif sur la capacité clonogénique de CPH. Ces résultats ouvrent des possibilités intéressantes : la signalisation via les protéines FA pourrait être impliquée dans les interactions HPC-MSC ; par ailleurs, FAK étant une protéine cliente d’HSP90, les inhibiteurs d’HSP90 sont une potentielle thérapie adjuvante dans les myélodysplasies / Myelodysplastic syndromes (MDS) are regarded as clonal disorders of haematopoietic stem cells (HSC). Recent evidence demonstrates that stromal microenvironment, in addition to HSC defects, plays a particular role via its direct contact with haematopoietic precursor cells (HPC). This thesis aims at evaluating the putative growth deficiencies of mesenchymal stromal cells (MSC) from MDS individuals compared with normal controls, exploring their adhesion profile, assessing the adhesion process-involved molecular substrates, and establishing correlations with their growth patterns and HPC dysfunctions. Functional assays revealed that MSC from MDS are intrinsically pathological, show a continuous decline of proliferation over a 14-day culture and a reduced clonogenic capacity in the absence of signals from HPC. MSC growth defects significantly correlate with decreased CD44 and CD49e expression. Moreover, stroma-dependent adhesion mechanisms control HPC clonogenic potential and CD49e might be one of the molecules involved in this process. Qualitative and quantitative abnormalities of focal adhesion (FA) proteins paxillin and pFAK [Y397] and of two regulatory proteins, HSP90αβ and p130CAS were identified via immunofluorescence analysis. Paxillin, pFAK [Y397] and HSP90αβ increased expression, besides its stronger nuclear colocalization in MSC from RAEB correlates with a consistent proliferative advantage and has a negative impact on HPC clonogenic capacity. These results open interesting opportunities, e.g. HPC-to-MSC interactions involve FA proteins signalling, and, as FAK is an HSP90αβ-client protein, it may enhance the utility of HSP90αβ inhibitors as adjuvant therapy in MDS

L’objectif de cette thèse était d’améliorer les connaissances fondamentales sur le tissu adipeux, organe qui est au cœur de la pratique des chirurgiens plasticiens. En effet, ce tissu peut être transplanté de façon autologue afin de combler une perte de substance (rôle volumateur des adipocytes) mais également servir à des fins de régénération tissulaire en lien avec les cellules de la fraction vasculaire stromale (FVS) et tout particulièrement des cellules stromales mésenchymateuses (CSM). Ces cellules s’obtiennent après lipoaspiration du tissu par une digestion enzymatique de la graisse obtenue. Il s’avère que les connaissances disponibles sur ces CSM sont essentiellement issues d’études in vitro après une phase de culture cellulaire plus ou moins longue et ainsi les propriétés in vivo sont mal connues. Ce travail a donc consisté à caractériser l’hétérogénéité du compartiment stromal natif du tissu adipeux obtenu après digestion enzymatique. Nous avons isolé deux populations stromales natives distinctes : les ASC (CD34+), en grande majorité, et des cellules péricytaires (CD146+). Ces 2 types cellulaires différaient dans leurs phénotypes, leurs potentiels de clonogénécité et leurs propriétés immunomodulatrices in vitro et in vivo. Nous avons ensuite comparé la digestion enzymatique du tissu aux techniques de digestion mécanique utilisable au sein de nos blocs opératoires. Nous avons démontré que ces nouvelles techniques permettaient bien de produite les cellules de la FVS dont des CSM, cellules particulièrement intéressante pour des gestes de régénération tissulaire. De plus, l’ensemble des techniques de laboratoire acquise au cours de ce travail nous ont permis d’investiguer le rôle des techniques de lipoaspiration utilisé en chirurgie plastique sur le tissu adipeux. Nous avons démontré par cytométrie de flux et par immunofluorescence in situ qu’une partie de la trame microvasculaire était conservée. L’ensemble de ces résultats viennent s’ajouter aux données cliniques démontrant que la lipoaspiration du tissu est un geste permettant d’être plus conservateur pour le tissu et pourrait expliquer des taux de complications moindre après chirurgie de contour de la silhouette. / The aim of this work was to improve the knowledge on adipose tissue, organ that is at the heart of the practice of plastic surgeons. Indeed, this tissue can be transplanted autologously in order to fill a defect (volumizing role of the adipocytes) but also to be used for tissue regeneration in connection with the cells of the stromal vascular fraction (SVF) and especially the mesenchymal stromal cells (MSCs). These cells are obtained after liposuction of the tissue by enzymatic digestion of the extracellular matrix. It turns out that the knowledge available on these CSM is essentially derived from in vitro studies after a cell culture phase and thus the in vivo properties are poorly known. This work consisted in characterizing the heterogeneity of the native stromal compartment of adipose tissue obtained after enzymatic digestion. We isolated two distinct native stromal populations: the ASC (CD34 +), for the most part, and the pericyte cells (CD146 +). These 2 cell types differed in their phenotypes, their clonogenecity potentials and their immunomodulatory properties in vitro and in vivo. We then compared the enzymatic digestion of the tissue with the techniques of mechanical digestion usable within our operating room. We have demonstrated that these new techniques made it possible to produce the cells of the FVS including MSC, cells particularly interesting for regenerative surgery. In addition, all the laboratory techniques acquired during this work allowed us to investigate the role of liposuction techniques used in plastic surgery on adipose tissue. We have demonstrated by flow cytometry and confocal microscopy, that part of the microvasculature framework is conserved after liposuction. All of these results are in addition to clinical data demonstrating that liposuction of the tissue is a gesture to be more conservative for the tissue and could explain lower rates of complications after contour surgery.