La jonction myotendineuse (JMT) est une interface spécialisée dans la transmission des forces entre le muscle et le tendon. Le collagène XXII (COLXXII) est un nouveau composant de cette jonction (Koch et al., 2004). COLXXII fait partie de la sous-famille des FACITs (Fibrils Associated Collagen with Interrupted Triple helix) qui se caractérisent par leur capacité à s’associer aux collagènes fibrillaires pour former des réseaux protéiques. La fonction de ce nouveau composant de la JMT n’est pas connue. C’est pourquoi nous avons décidé de réaliser une perte de fonction chez le poisson zèbre en utilisant la stratégie anti-sens morpholinos et d’en étudier le phénotype par différentes techniques. Chez l’embryon, le COLXXII est exprimé aux extrémités des fibres musculaires au niveau de leur ancrage sur le myosepte (structure équivalente au tendon des mammifères) pour être déposé à la JMT. Son expression est régulée par des membres de la famille des FGF, probablement FGF8. L’absence de COLXXII conduit à une perte des capacités contractiles du muscle et au détachement et à la rétractation progressive des fibres musculaires, causés par une rupture de la JMT qui s’opère entre la lame basale des fibres musculaires et la matrice tendineuse. Le morphotype induit par l’injection de morpholino COLXXII phénocopie les mutants sapje (mutant dystrophine) et candyfloss (mutation de la chaîne α2 des laminines) indiquant que COLXXII permet un lien structural entre le muscle et le tendon. Nos résultats montrent que COLXXII joue un rôle crucial dans le développement et la fonction de la JMT et représente un nouveau gène candidat pour les dystrophies musculaires. / The myotendinous junction (MTJ) is a specialized structure that transmits muscle contractile forces to tendon. Collagen XXII (COLXXII) is a novel component of MTJ (Koch et al., 2004). It belongs to the FACITs (Fibrils Associated Collagen with Interrupted Triple helix) subset of the collagen superfamily that is characterized by their capacity to mediate protein-protein interactions. The in vivo role of COLXXII has not been elucidated. Therefore, we decided to analyze its function in developing zebrafish using the morpholino-based knock-down strategy. We showed that its transcripts are exclusively expressed at the extremities of muscle fibers close to myoseptal tendons and the protein is deposited at the MTJ. The onset of COLXXII expression depends on FGF signaling, probably FGF8. Using different methods, we showed that loss of COLXXII induces morphofunctional alterations of muscle/tendon development and muscle weakness. Progressive muscle fiber detachment and retraction are observed in morphants that result from MTJ failure occuring at the muscle basement membrane/myosepta extracellular matrix side. The morphotype of the MO22-injected embryos is reminiscent to the sapje (dystrophin mutant) and candyfloss (laminin α2 chain mutation) mutant phenotypes indicating that COLXXII provides a molecular link between muscle and tendons. Our results suggest that COLXXII plays a crucial role in MTJ development and function and represents a novel candidate gene for muscular dystrophies.

Le collagène de type I représente la protéine structurale la plus abondante au sein de l'organisme. Au cours du vieillissement, cette protéine à longue demi-vie biologique subit des modifications structurales et fonctionnelles qui affectent les propriétés biomécaniques des tissus. L'un des mécanismes majeurs est la réaction de glycation non enzymatique qui conduit à la formation des produits de glycation avancée (AGEs). Les AGEs entraînent une augmentation de la rigidité du collagène I qui se traduit par une désorganisation des réseaux fibrillaires et une perte d'élasticité tissulaire au cours du vieillissement. Dans cette étude, nous avons développé diverses approches biophotoniques afin d'étudier l'impact du vieillissement sur le collagène de type I, de façon rapide, directe et non destructive. Par microspectroscopies vibrationnelles infrarouge (IR) et Raman, des marqueurs spectroscopiques liés à l'accumulation des AGEs ont été mis en évidence au niveau des lyophilisats de collagènes de type I glyqués in vitro. Ces marqueurs sont retrouvés au niveau des lyophilisats de collagènes de type I d'âges différents et permettent une bonne discrimination des échantillons en fonction de l'âge. La bande spécifique des glucides apparaît ainsi comme un bon marqueur spectroscopique de la glycation, corrélant avec le taux d'AGEs fluorescents. Les pics spécifiques des résidus de proline permettent également de mettre en évidence les changements conformationnels dans la protéine dus à l'augmentation des liaisons croisées. L'imagerie IR appliquée aux tissus murins d'âges différents permet de retrouver ces différences spectrales in situ en fonction de l'âge. L'impact du vieillissement sur le comportement structural des fibrilles de collagène I a été étudié par microscopie multiphoton de second harmonique résolue en polarisation (PSHG). A l'échelle de la fibrille isolée, le vieillissement entraîne une perte de la complexité d'assemblage des fibrilles et une diminution de leur diamètre. L'effet de l'âge sur les propriétés biomécaniques du collagène de type I a été évalué sur des modèles de matrices 3D de collagène de type I, en présence de fibroblastes, par une technique de déformation des matrices et par tomographie à cohérence optique (OCT). Les résultats montrent une diminution du module d'élasticité et de la contraction du collagène avec le vieillissement, en accord avec les données de l'étude cinétique de la fibrillogenèse. Cette étude démontre la complémentarité des techniques biophotoniques employées et leur potentiel dans la caractérisation moléculaire et morphologique des effets de l'âge sur le collagène de type I, de manière directe, non invasive et multi-échelles. / Type I collagen represents the most abundant structural protein in the human body. During aging, this long half-life protein undergoes structural and functional changes which affect the biomechanical properties of tissues. One of the main mechanisms is the non enzymatic glycation leading to the formation of the so-called advanced glycation endprodutcs (AGEs). AGEs give rise to an increase of collagen I rigidity which is responsible for the fibrillar network disorganization and the loss of tissue elasticity with age. In this work, we applied various biophotonic approaches for studying the impact of aging on type I collagen, in a rapid, direct and non destructive way. Using vibrational infrared (IR) and Raman microspectroscopies, we highlighted spectroscopic markers linked to AGEs accumulation in freeze-dried samples of in vitro-glycated type I collagens. These markers were also detected in different-age freeze-dried type I collagens and allowed a clear discrimination of samples as a function of age. The band assigned to carbohydrates appears like a specific spectroscopic marker of glycation, in correlation with the fluorescent-AGEs quantification. The specific peaks for proline residues allow highlighting conformational changes in protein backbone due to a higher cross-linking. IR imaging applied to tissues from different-age rats can detect these spectral differences in situ as a function of age. Impact of aging on the structural behaviour of type I collagen fibrils was studied by polarization resolved second harmonic generation (PSHG) multiphoton microscopy. At the scale of single fibril, aging gives rise to a loss of fibril assembly complexity and a decrease of fibril diameter. Age effect on biomechanical properties of type I collagen was evaluated on 3D type I collagen matrice models in the presence of fibroblasts, using an indentation technique and optical coherence tomography (OCT). Results show a decrease of both elastic modulus and collagen contraction with aging, in agreement with kinetics of the fibrillogenesis process. This study demonstrates the complementarity of the different biophotonic techniques used in our multimodal approach and their potential for characterizing age effects on type I collagen, in a direct, non invasive and multi-scale way.

Le but de cette étude était d’évaluer si la bone morphogenetic protein (BMP)-2 pouvait aider à contrôler le phénotype de chondrocytes humains dans des conditions de culture à long terme nécessaires pour la transplantation de chondrocytes autologues (TCA). Nous avons aussi évalué le potentiel de la BMP-2 comme facteur de réparation du cartilage, en combinaison avec un biomatériau à base de collagène, pour étendre la technique aux lésions arthrosiques. Des chondrocytes humains ont été cultivés selon la procédure utilisée pour la TCA. Nous avons évalué la réponse des chondrocytes à la BMP-2 en culture monocouche ou dans les éponges de collagène par des analyses par PCR en temps réel, par Western blotting et Immunohistochimie.L’ajout de BMP-2 améliore le caractère chondrogénique des chondrocytes humains amplifiés en monocouche. L’effet stimulateur de la BMP-2 sur l’expression du collagène de type II a été observé au niveau des gènes mais aussi des protéines, ce qui est une propriété essentielle pour la reconstruction d’une matrice cartilagineuse. Nos résultats ont aussi montré que dans des chondrocytes tout d’abord amplifiés en monocouche puis cultivés en éponges de collagène en présence de BMP-2, la BMP-2 est capable de restaurer l’expression du gène COL2A1 et la synthèse de collagène de type II qui avaient été perdues pendant l’amplification. De manière importante, aucun signe de maturation hypertrophique ou d’induction ostéogénique n’a été détecté. Cette étude est la première à révéler le bénéfice de l’ajout de BMP-2 à des chondrocytes humains comme un agent thérapeutique pour la réparation du cartilage. / The aim of this study was to investigate if bone borphogenetic brotein (BMP)-2 could help to control human chondrocytes phenotype in long-term culture conditions necessary for autologous chondrocyte implantation (ACI). We also evaluated the potential of BMP-2 as a repair factor in combination with collagen-based biomaterials, to extend the technique to osteoarthritic lesions. Human chondrocytes were cultured independently, according to the procedure used for ACI. We evaluated the responsiveness of chondrocytes to BMP-2 when cultured in monolayer or within collagen sponges using Real-time PCR, Western blotting and Immunohistochemistry. Exogenous BMP-2 improved the chondrogenic character of human chondrocytes when amplified in monolayer. The stimulatory effect of BMP-2 on type II collagen expression was observed not only at the mRNA level but also at the protein level, and this is crucial for cartilage matrix reconstruction. Our data with human chondrocytes first amplified in monolayer then cultured in collagen sponges in the presence of BMP-2 have revealed that BMP-2 is able to restore COL2A1 gene expression and type II collagen synthesis that were lost during the amplification step. Importantly, no sign of hypertrophic maturation or osteogenic induction was detected beside the chondrogenic stimulatory effect of BMP-2. This study is the first to reveal the benefit of adding exogenous BMP-2 to human chondrocytes as a therapeutic agent for cartilage repair.

L’ingénierie de la muqueuse orale humaine (MOH) a pour but le comblement des pertes de substances suite à un traumatisme facial ou à la chirurgie des lésions malignes. Elle a aussi des applications en recherche pour élucider les mécanismes biologiques de la MO et en pharmacotoxicologie comme alternative à l’expérimentation animale. L'objectif de cette thèse était de reconstruire une MOH proche du tissu normal. À cette fin, la faisabilité du concept a d'abord été testée par co-culture de fibroblastes de la lamina propria et de cellules épithéliales de MOH dans le substrat de collagène-chitosan glycosaminoglycane, développé pour la production de peaux reconstruites. La caractérisation de la MOH reconstruite par histologie, immunohistochimie et microscopie électronique à transmission a montré la présence d’une LP équivalente avec un épithélium pluristratifié et non kératinisé très proche du tissu d’origine. Grâce à ce modèle, nous avons ensuite démontré que l’origine des fibroblastes (MO, cornée, peau) influence significativement l’épaisseur et l’ultrastructure de l'épithélium obtenu par culture de cellules épithéliales orales. Enfin, afin d'améliorer les propriétés adhésives du substrat à base collagène, nous avons ajouté au collagène, une élastine-like recombinante (ELR) contenant le tri-peptide d’adhésion cellulaire, RGD, et produit un nouveau substrat bicouche, poreux par lyophilisation et recouvert d’une couche fibreuse par électrofilage. Ces substrats ont été caractérisés par porosimétrie au mercure, microscopie électronique à balayage et essais mécaniques. Nous avons démontré l’effet stimulant de ELR sur la prolifération des fibroblastes et des cellules épithéliales / Tissue engineered human oral mucosa has the potential to fill tissue deficits caused by facial trauma or malignant lesion surgery. It can also help elucidate the biology of oral mucosa and serve as an alternative to in vivo testing of oral care products. The aim of this thesis was to construct a tissue engineered full-thickness human oral mucosa closely mimicking the native tissue. To this end, the feasibility of the concept was tested by co-culturing fibroblasts and epithelial cells isolated from normal human oral mucosa biopsies in a collagen-glycosaminoglycan-chitosan scaffold, developed in our laboratory to construct a skin equivalent. An oral mucosal equivalent closely mimicking the native one was obtained and characterized by histology, immunohistochemistry and transmission electron microscopy. Using the same model, the influence of mesenchymal cells on oral epithelial development was investigated by culturing epithelial cells on lamina propria, corneal stroma and dermal equivalents. They were found to significantly influence the thickness and the ultrastructure of the epithelium. Finally, in order to improve the adhesiveness of conventional scaffolds, an elastin-like recombinamer (ELR) containing the cell adhesion tripeptide, RGD, was used in the production of novel bilayer scaffolds employing lyophilization and electrospinning. These scaffolds were characterized by mercury porosimetry, scanning electron microscopy and mechanical testing. In vitro tests revealed positive contribution of ELR on the proliferation of both fibroblasts and epithelial cells. It was thus possible to construct a viable oral mucosa equivalent using the principles of tissue engineering

La progression maligne de l’adénocarcinome canalaire pancréatique (ADKP) s'accompagne d'une profonde réaction desmoplasique, limitant la vascularisation de la tumeur et de fait privant les cellules tumorales en nutriments, forçant les cellules tumorales à adapter leur métabolisme. L’objectif de thèse était de définir les changements métaboliques relatifs à l’ADKP. Par une analyse transcriptomique des tumeurs pancréatiques développées de manière spontanée chez les souris, nous avons établi le profil métabolique des ADKPs lié aux acides aminés au cours de leur progression. Ainsi, nous avons montré que les voies métaboliques de la proline et des acides aminés à chaînes branchées, en particulier le catabolisme de la leucine, sont celles étant les plus dérégulées dans l’ADKP. Concernant le métabolisme de la proline, nous avons montré que les cellules tumorales privées en nutriments capturent et utilisent le collagène, produit par les fibroblastes du stroma tumoral grâce à la macropinocytose, de façon le dégrader en proline. Aussi, l’inhibition de la dégradation de la proline entraine une diminution de la prolifération tumorale in vitro et in vivo. Concernant la leucine, nous montrons que l’élément clé de ce métabolisme est un de ces produits de dégradation finaux à savoir le β-hydroxybutyrate (βOHB) dont la production repose sur une enzyme cruciale : HMGCL. Dans nos travaux, nous démontrons que la suppression d’HMGCL dans les cellules d’ADKP humains entrave leurs capacités oncogéniques et métastatiques in vitro et in vivo. De plus, nous montrons in vivo que le βOHB augmente la croissance tumorale ainsi que la formation de métastases. / The malignant progression of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is accompanied by a profound desmoplasia, depriving tumor cells from oxygen and nutrients, which forces tumor cells to adapt their metabolism to proliferate. The thesis purpose is to define the metabolic changes related to ADKP. Using a transcriptomic analysis of PDAC from mice model, we established the PDAC metabolic profile. Focusing on amino acid metabolic pathways, we identified the metabolic pathways of proline and the branched-chain amino acid, especially the leucine catabolism, as the most deregulated in ADKP compared to the normal pancreas. We demonstrated that tumor cells take up collagen-derived fibroblasts, thanks macropinocytosis, when they are nutrient deprived. Once collagen is internalized, its subsequent digestion supplies TCA with proline. Also, inhibition of proline degradation leads to a decrease in tumor proliferation in vitro and in vivo. We have shown leucine catabolism is specific to tumor cells and the final degradation products: the β-hydroxybutyrate (βOHB) appears as a key element of this metabolism. To produce βOHB, tumor cells use HMGCL, a crucial enzyme involved in leucine degradation. In our work we demonstrated that HMGCL suppression in PDAC cells decreases their oncogenic and metastatic capacities in vitro and in vivo. In addition, we have demonstrated in vivo that βOHB increases tumor growth and metastasis formation. Thus, our works show 1/ the metabolic plasticity of cells, 2/the influence of microenvironment on tumor cell metabolism, 3/ the importance to study tumor metabolism for the finding of new therapeutic targets.

Le syndrome d'Ehlers-Danlos (SEDv) est une maladie artérielle génétique autosomique dominante, affectant le collagène de type III au sein de la matrice extracellulaire de la paroi artérielle notamment. Les patients atteints de SEDv ont une prédisposition aux ruptures artérielles, digestives et utérines qui font toute la sévérité de cette maladie. Les mutations du gène COL3A1 codant pour le collagène de type III sont le plus souvent des mutations hétérozygotes faux-sens, responsables de la substitution d'une glycine par un autre acide aminé, affectant la structure en triple hélice du collagène de type III. Des variants d'un site d'épissage, des insertions-délétions sont également rencontrées, et plus rarement des mutations faux-sens n'affectant pas une glycine, ou des mutations responsables d'haploinsuffisance. Les mutations du COL3A1 sont presque exclusivement privées, et une corrélation entre le phénotype observé et les mutations retrouvées n'a jamais été mise en évidence. Nous avons rapporté l'expérience du centre de référence français du SEDv sur 215 patients, et retrouvé une sévérité de la maladie plus importante chez ceux avec une substitution glycine, ou une insertion/délétion du cadre de lecture dans région de la triple hélice comparativement aux autres génotypes: variants responsables d'haploinsuffisance, variants faux-sens n'affectant pas une glycine, ou les altérations des extrémités N ou C-terminales. Par ailleurs, le phénotype de ces 3 derniers groupes de génotype ne rassemblait pas l'ensemble des symptômes habituellement décrits dans le SEDv et notamment pas de complication digestive. Afin de mieux comprendre l'altération des propriétés biomécaniques de la paroi artérielle des patients atteints de SEDv nous avons utilisé une nouvelle technologie ultrasonore, ultrafastécho, permettant de visualiser et mesurer la vitesse de l'onde de pouls (VOP) localement au niveau carotidien et tout au long du cycle cardiaque. La VOP est un marqueur de rigidité artérielle bien étudié dans l'athérosclérose, et connu pour être un facteur indépendant de mortalité cardiovasculaire. Nous avons établi des valeurs normales des paramètres de l'ultrafastécho chez 102 volontaires sains et analysés 37 patients avec SEDv. Cette étude n'a pas retrouvé de différence de la VOP, donc de rigidité artérielle, en début de systole. En revanche, au cours du cycle cardiaque on a pu observer une moindre rigidification de la paroi artérielle avec l'augmentation de la pression artérielle chez les patients SEDv. Nous avons poursuivi nos explorations par ultrafastécho sur un modèle murin haploinsuffisant pour le collagène de type III (souris Col3a1 hétérozygote) et retrouvé le même profil de réponse. En effet une moindre augmentation de la rigidité artérielle alors que la pression artérielle était augmentée par perfusion de vasopresseur était constatée chez les souris col3a1 hétérozygotes comparativement aux souris sauvages. En conclusion, l'altération du collagène de type III dans le SEDv affecte les propriétés biomécaniques de la paroi artérielle des patients, avec notamment une moindre rigidification lors de l'augmentation de la pression artérielle. Nos travaux ont permis d’affiner la physiopathologie du SEDv, de préciser le phénotype vasculaire par une nouvelle mesure de la VOP et ouvrent des pistes de recherche thérapeutiques d'un traitement augmentant la rigidité artérielle afin de tenter de réduire les risques de ruptures artérielles. / Vascular Elhers-Danlos syndrome (vEDS) is an autosomal dominant genetic vascular disease, affecting the collagen type III, a component in the extracellular matrix of the arterial wall. Patients with vEDS are prone to arterial, intestine or uterine ruptures, which explain the severity of the disease. Mutations in COL3A1, gene encoding for collagen type III are usually heterozygous missense mutations responsible for the substitution of a glycine amino acid for another, which affects the triple helical conformational structure of the collagen type III. Variants of a splice site, deletions/insertions, are also encountered, and more rarely missense mutations not affecting a glycine residue, or alterations responsible for haploinsufficiency. The COL3A1 mutations are almost exclusively private, and a genotype/phenotype correlation has not been clearly studied. We reported the experience of the French reference center for vEDS of 215 patients and found a greater severity of the disease in those with a glycine substitution, or in frame insertion / deletion within the triple helix domain than in other genotypes: responsible variants of haploinsufficiency, missense variants not affecting glycine, or alteration of the N- or C-terminal ends. Furthermore, the phenotype of these last three genotype groups did not combine the complete phenotype described in vEDS especially no gastrointestinal complication. To better understand the alteration of the biomechanical properties of the arterial wall of patients with vEDS we used a new ultrasound technology, ultrafastecho, to visualize and measure the pulse wave velocity (PWV) locally on carotids, over the cardiac cycle. The PWV is a marker of arterial stiffness studied in atherosclerosis, and well known to be an independent risk factor for cardiovascular mortality. We have established normal values ultrafastecho parameters in 102 healthy volunteers and 37 patients with vEDS. This study found no difference in PWV, thus arterial stiffness, in early systole cardiac at diastolic blood pressure. However, in patients with vEDS, weaker stiffening of the arterial wall was observed when blood pressure increases during the cardiac cycle. We continued our explorations by ultrafastecho on a mouse model of vEDS, haploinsufficient for the collagen type III (Col3a1 heterozygous mice). We figured out that Col3a1 heterozygous mice presented the same response profile. Indeed a smaller increase in arterial stiffness while blood pressure was increasing secondary to vasopressor infusion was revealed in the mice compared to the wild mice. In conclusion, alterations of collagen type III in the vEDS affect the biomechanical properties of the arterial wall of the patient, through lower stiffening during the increase of blood pressure over the cardiac cycle. This provides a therapeutic approach for targeting treatment increasing arterial stiffness in vEDS in order to reduce the risk of arterial rupture.

La matrice extracellulaire (MEC) est impliquée dans les mécanismes de prolifération, migration, différenciation et d’adhésion cellulaire. La membrane basale (MB), MEC entourant le muscle, sert de soutien aux fibres musculaires durant la contraction donnant ainsi une élasticité aux fibres musculaires. La MB est composée de collagènes dont majoritairement le collagène IV, de laminines, de nidogène (entactine), de perlecan (heparan sulphate proteoglycan), et de protéoglycans. Au cours de la myogenèse, la modulation de la MEC est indispensable au bon déroulement des processus de délamination, migration et fusion des cellules musculaires. Le collagène XXV est un collagène de la famille MACIT (Membrane Associated Collagens with Interrupted Triple Helices). Cette famille de collagènes transmembranaires contient 3 autres membres : le collagène XIII, le collagène XVII et le collagène XXIII. Le collagène XIII est impliqué dans les processus de migration cellulaire, le collagène XXIII dans ceux d’adhésion cellulaire. Le collagène XXV est impliqué dans la maladie d’Alzheimer, par sa fixation aux agrégats de peptides Aβ. D’autre part, il a été montré qu’il est nécessaire à la mise en place de la jonction neuromusculaire dans le muscle du diaphragme. La souris col25a1-/- présente une aplasie et une atrophie du diaphragme à E18.5 probablement dues au défaut d’innervation. L’expression du collagène est précoce dans la myogenèse, puisqu’il est fortement exprimé dans le bourgeon de membre d’embryons de souris dès E12.5, bien avant l’innervation des muscles des membres. Le rôle du collagène XXV dans la myogenèse précoce n’est pas connu. Le but de mon travail est de démontrer le rôle du collagène XXV durant la myogenèse. Pour ce faire, des études in vivo et in vitro ont été menées. In vitro, nous montrons l’implication du collagène XXV dans la différenciation myogénique. In vivo, la souris col25a1-/- présente des défauts de formation de fibres plurinucléées dans les bourgeons de membre d'embryons prélevés à E12.5 et E14.5, ce qui démontre le rôle de ce collagène dans les processus de fusion des myoblastes en myotubes au cours de la myogenèse primaire. Nous démontrons aussi la régulation de l’ARNm de ce collagène par deux microARN : miR-208b et miR-499, sans effet additionnel ou synergique de ces deux miRs. Nos résultats complémentaires suggèrent que l'expression de col25a1 est probablement régulée par le facteur de transcription NFATc2. En effet, chez les embryons de souris nfatc2-/- prélevés à E12.5, nous observons une diminution de l’expression de col25a1, ce qui pourrait expliquer l’atrophie musculaire observée chez la souris nfatc2-/-. Il serait intéressant de restaurer ce défaut musculaire chez la souris nfatc2-/- en surexprimant ce collagène XXV chez cette souris. / Extracellular matrix is involved in cellular proliferation, migration, differentiation and adhesion. Muscle extracellular matrix, called the basement membrane, serves as support for muscle fibers during contraction, thus giving elasticity to the muscle fibers. Basement membrane is composed by collagen mainly collagen IV, laminin, nidogen, perlecan (heparan sulphate proteoglycan) and proteoglycan. During myogenesis, the modulation of extracellular matrix is very important for muscle cells to delaminate, migrate and fuse. Collagen XXV is part of the MACIT (Membrane Associated Collagens with Interrupted Triple Helices) collagen family together with collagen XIII, collagen XVII and collagen XXIII. Collagen XIII is involved in cell migration and collagen XXIII in cell adhesion. Collagen XXV was first described in Alzheimer disease, as a component of the Aβ amyloid aggregates. Furthermore, Collagen XXV is necessary for the formation of neuromuscular junctions in diaphragm. At E18.5, col25a1-/- embryos show muscle aplasia and atrophy in diaphragm, probably due to lack of innervation. This collagen is strongly expressed during primary myogenesis in limb buds from E12.5 embryos, long before innervation of limb muscles. But the role of this collagen during early myogenesis has never been analyzed. In this work, I demonstrated the role of collagen XXV during early myogenesis. In vitro assays showed that collagen XXV is involved in the muscle differentiation process. In vivo, limb muscles from E12.5 and E14.5 col25a1-/- embryos have defects in the formation of plurinucleated myofibers, suggesting a role of this collagen in the fusion of myoblasts into myotubes during mouse myogenesis. In this work, I demonstrated that col25a1 transcripts are down-regulated by miR-208b and miR-499 without synergic or additional effects. Complementary results suggest that col25a1 expression could be regulated by the transcription factor, NFATc2. In E12.5 nfatc2-/- embryos, col25a1 expression is decreased. This result could explain the muscle atrophy observed in nfatc2-/- mice. It could be interesting to restore muscle atrophy in nfatc2-/- mouse by overexpressing col25a1 in these mice.

Le cancer du rein compte parmi les 10 types de cancers les plus fréquents chez l’Homme. Il n’existe aujourd’hui aucun marqueur biomoléculaire dans ce type de cancer, et dans le cas d’un cancer métastatique, l’arsenal thérapeutique aujourd’hui disponible manque d’efficacité. Les différents processus mis en jeu lors de la progression tumorale sont encore mal connus. La connaissance de ces processus pourrait permettre de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques, ainsi que des marqueurs biomoléculaires pronostiques ou diagnostiques de la maladie. Dans un premier projet, et afin de mieux comprendre les mécanismes de la progression tumorale et d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles et de nouveaux marqueurs biomoléculaires dans le cancer du rein, un nouveau modèle innovant a été généré à partir d’une lignée tumorale de RCC murine. Ce modèle de réimplantations successives de cellules tumorales issues de tumeur primaire ou de métastases a permis de générer différentes lignées cellulaires montrant une agressivité accrue au cours des passages. En utilisant une stratégie de biologie des systèmes, ce modèle pourra permettre de mettre en évidence des cibles d’études prometteuses qui pourraient être de nouvelles cibles thérapeutiques ou de nouveaux marqueurs biomoléculaires dans le RCC. L’interleukine-34 est l’exemple d’une cible d’étude d’ores et déjà été sélectionnée, mettant en évidence la puissance du modèle généré. Dans un second projet, les rôles de certains membres de la matrice extracellulaire tumorale ont été évalués en utilisant cette même lignée de RCC murine (collagène de type I, fibronectine, matrigel). Cette étude a permis de mettre en évidence le potentiel pro-invasif et pro-métastatique du dépôt de collagène de type I dans les tumeurs. Des récepteurs activés par le collagène sont proposés comme potentiellement impliqués dans les effets induits par le collagène de type I dans le modèle. Ces deux projets permettent et permettront de mieux comprendre certains mécanismes de la progression tumorale, ainsi que de mettre en évidence des marqueurs biomoléculaires et de nouvelles cibles thérapeutiques. / Kidney cancer is one of the 10 commonest human cancers. To date, no biomolecular markers are available in this type of cancer, and in the case of metastatic cancer, the therapeutic arsenal is still inefficient. The different processes involved in cancer progression are still poorly understood. Understanding those processes could highlight new therapeutic targets, and new prognostic or diagnostic biomolecular markers of this disease. For a first project, a new innovative model has been generated from a murine RCC cell line as a tool to understand cancer progression mechanisms and to identify new therapeutic target and new biomolecular markers in kidney cancer. This model of sequential reimplantation of cancer cells isolated from primary tumours or metastases allowed us to generate different cell lines showing increased aggressiveness after passages. Using a systems biology strategy, this model will allow us to identify new potential therapeutic targets and new biomolecular markers in RCC. Interleukin-34 is an example of an already selected target, showing the power of the model generated. For a second project, the role of some members of extracellular matrix (collagen type I, fibronectin, matrigel).was studied using this same murine RCC cell line. This study demonstrated the potential pro-invasive and pro-metastatic roles of collagen type I deposition in tumors. Collagen-activated receptors are proposed as mediators of the effect induced by collagen type I in this model. Those two projects have and will continue to contribute to a better understanding of cancer progression mechanisms, and will bring out new biomolecular markers and new therapeutic targets.

La galactosémie congénitale est une maladie métabolique affectant la voie du galactose. En effet, l'enzyme responsable de la transformation du galactose-1-phosphate en glucose-1-phosphate, la galactose-1-phosphate uridyltransférase, est déficiente et rend donc l'utilisation du galactose par l'organisme quasiment impossible. Ceci entraîne une accumulation de galactose ainsi que ses produits dérivés, le galactose-1-phosphate et le galactitol. Ainsi, notre hypothèse de travail est que les métabolites impliqués dans cette pathologie provoquent des modifications post-traductionnelles des protéines induisant ainsi leur vieillissement prématuré. Nous avons donc étudié l'impact de la « galactation » sur la structure du collagène de type I et montré que ces modifications structurales sont beaucoup plus importantes avec le galactose qu'avec le glucose à la même concentration, aussi bien sur la structure primaire que fibrillaire. Au contact du collagène « galacté », les fonctions des cellules inflammatoires sont modifiées. La technique de spectroscopie infrarouge a été utilisée pour caractériser les métabolites impliqués dans la galactosémie ainsi que les collagènes modifiés. Dans un but de dépistage, une étude en spectroscopie infrarouge de plasmas galactosémiques nous a permis de mettre en évidence le potentiel de cette technique, du fait de sa bonne sensibilité et de son faible coût de revient. En conclusion, les modifications post-traductionnelles des protéines semblent très fortement impliquées dans la physiopathologie de la galactosémie congénitale. / The congenital galactosemia is a metabolic disease involved in the galactose pathway. Indeed, the enzyme responsible of the galactose-1-phosphate transformation in glucose-1-phosphate, the galactose-1-phosphate uridyltransferase, is deficient and then leads to a use of galactose almost impossible. This leads to an accumulation of galactose and its derived products, the galactose-1-phosphate and the galactitol. Thus, our work hypothesis is that metabolites involved in this disease cause post-translational modifications of proteins inducing their premature aging. We then studied the impact of the « galactation » on the type I collagen and showed that the structural modifications are more important with galactose than with glucose at the same concentration, on both the primary and the fibrillar structure. On contact with « galacted » collagen, the inflammatory cells functions are also modified. The infrared spectroscopy technique has been used to characterize the metabolites involved in the galactosemia, just as the modified collagens. With the aim of screening, an infrared spectroscopy study of galactosemic plasmas allowed us to highlight the potential of this technique, with its good sensibility and its low cost price. To conclude, the post-translational modifications of proteins seem strongly involved in the physiopathology of the congenital galactosemia.

L’organisme humain présente de nombreuses constantes de régénération tissulaires et c’est cette caractéristique essentielle qui maintient l’équilibre physiologique. Toutefois, l’existence de lésions importantes provoquée par un déséquilibre interne ou externe peut empêcher l’organisme de s’auto-régénerer. Dans ce cas, l’application des biomatériaux développés pour des applications biomédicales peuvent améliorer le processus de guérison. Pour les applications en tissus durs, les biomatériaux doivent posséder des propriétés similaires aux matrices naturelles tant sur le plan biologique que physico-mécanique. Dans les applications en bioingénierie osseuse, les composites à base de collagène (Col) et d’hydroxiapatite (HA) sont devenus tellement performant qu’ils peuvent être classifiés comme des matériaux biomimétiques. Cette thèse propose la production d’une matrice 3-D poreuse à base d’HA et de Col (50:50wt%). Ce composite réticulé par le glutaraldéhyde a été caractérisé par des différentes techniques et servira de support pour la culture cellulaire. Des cellules estromales ostéoprogénitrices ont été cultivées dans un environnement statique et dynamique (deux vitesse de flux) et leurs capacités de colonisation ainsi que leurs comportements d’adhésion, de prolifération, de différentiation seront observés. A travers les résultats de diffraction de rayons X et de spectroscopie infrarouge, il est possible d’affirmer la présence dans la matrice collagène d’une phase minérale peu cristalline constituée par de l’hydroxiapatite carbonatée du type-B déficiente en calcium. La viabilité cellulaire a été fortement influencée par les systèmes de culture au cours des 21 jours. Les résultats du système dynamique en haute vitesse montrent une excellente capacité du composite à supporter les processus cellulaires. Les cellules sont capables d’adhérer, de proliférer et de coloniser la matrice tridimensionnelle. / The progress in Tissue Engineering area allows the development of biomaterials that mimic the properties of natural tissues. For biomedical applications in mineralized tissues, composites based on hydroxyapatite (HA) and collagen (Col) have presented good results when implanted in vivo. The aim of this work was to produce a 3-D matrix and to observe the cell behaviour when stromal cells are cultured in contact with HA-Col scaffold under static and dynamic conditions. For in vitro biological evaluation, osteoprogenitor human cells (Stro+1A cells) were grown and their colonization capacity and adhesion, proliferation and differentiation behaviour were quantified. Two perfusion flow rates (0,03ml/min and 0,3ml/min) were proposed for dynamic culture. The HA-Col composite was prepared by reorganization of Col fibrils simultaneously with HA crystal nucleation and precipitation from calcium and phosphate rich solutions. Afterwards, the composites were crosslinked and sterilized by gamma radiation. Stro+1A cells were inoculated (5x105 cells/sample) into the scaffolds and cultured over 21 days in a humid incubator at 37°C and 5% CO2. Infrared spectroscopy and X-ray diffraction results suggested a calcium-deficient hydroxyapatite as mineral phase. About cell culture, the cell number increased under higher flow rate dynamic culture. By scanning electron microscopy and histological sections, we observed cells adhered and spread inside colonized scaffolds.