Les modèles numériques personnalisables d'organes du corps humain offrent un formidable potentiel pour évaluer le risque lésionnel dans les domaines de la sécurité des transports, du médical ou du sport. Suivant les applications, différents niveaux de détails peuvent être nécessaires. En particulier, lorsque le comportement mécanique des tissus biologiques doit être finement reproduit, les modèles de comportement doivent intégrer des considérations sur la structure du tissu, et simuler les mécanismes suivant lesquels il réagit à un chargement mécanique. Le travail de thèse présenté ici s'est focalisé sur la capsule de foie, notamment sur ses propriétés microstructurales et mécaniques, afin d'identifier les hypothèses importantes à intégrer dans la construction d'un modèle constitutif de tissu fibreux basé sur la microstructure. La méthodologie expérimentale a été mise en place afin de caractériser le comportement mécanique de ce tissu, en lien avec l'organisation de sa microstructure. Des essais de traction uniaxiale et de gonflement sous microscope confocal biphotonique ont été développés, pour observer l'évolution de la microstructure sous chargement. Des déformations macroscopiques ont été mesurées, et une méthode de mesure de champs de déformations locaux a été développée pour quantifier l'état de déformation du réseau de fibres. La réorganisation du réseau de fibre de collagène a également été quantifiée. L'analyse des liens existant entre les grandeurs mesurées à l'échelle macroscopique et ces phénomènes microscopiques est proposée, pour préciser les hypothèses à adopter dans les modèles permettant de passer de l'échelle des fibres au comportement global du tissu / Customized human body models offer a great potential to assess the injury risks in the fields of transport safety, surgery or sport. Various detail levels can then be needed, according to the targeted application. In particular, when the mechanical behavior of biological tissues needs to be accurately reproduced, numerical models have to include information about the structure of the tissue, and model the mechanisms of the response to mechanical loading. The work presented here focuses on the microstructural and mechanical characterization of the human liver capsule, in order to identify the important hypotheses that need to be included in a fibrous tissue constitutive model, based on microstructure. Thus, an experimental methodology has been developed to identify the mechanical behavior of this particular tissue, related with its microstructural organization. Uniaxial tensile tests, as well as bulge tests under a multiphoton confocal microscope have been performed, to observe the microstructure evolution during loading. Macroscopic strain has been assessed, and a method to measure local strain fields has been developed, to quantify the strain state of the fibrous network. The reorganization of the collagen fibers network has also been quantified. An analysis of the links between the measured macroscopic parameters and the microscopic phenomena is given. Therefore, the hypotheses that need to be included in constitutive models are highlighted, with particular consideration given to the affine transformation hypothesis which allows to link the fibers behavior to the global response of the tissue

Entre 2003 et 2010, dans la région centrale nommée X de la catacombe des Saints Pierre-et-Marcellin à Rome, a été découvert et en partie fouillé un ensemble de sépultures plurielles inédites (Ier-IIIe s. ap. J.-C.) contenant plusieurs centaines d’individus, lesquels ont été inhumés selon des pratiques funéraires singulières à la suite d’un épisode de surmortalité de nature probablement épidémique. Pour appréhender l’histoire de vie (alimentation et mobilité) de ces défunts et rediscuter sur la base d’éléments nouveaux certaines hypothèses préalablement établies, nous avons mené dans le cadre de ce travail une approche archéo-biogéochimique multi-proxy (14C, δ13C, δ15N, δ18O et 87Sr/86Sr) et multi-tissulaire (émail, os, cheveu) sur un échantillon de 130 individus issus de six différentes chambres. Nous avons dans un premier temps vérifié l’intégrité biochimique et isotopique des fractions minérales (phases carbonatées) et organiques (phases collagénique et kératinique) des échantillons à partir d’indicateurs classiques mesurés en routine (%Col, %C, %N, C/N, PCO2 et PCO2/Masse) et par spectroscopie IRTF (IRSF, CO3/PO4 et AmideI/PO4) et par une approche innovante consistant en des datations 14C sur couples collagène-apatite pour valider le signal isotopique des fractions minérales. Nos résultats mettent en évidence des différences extrêmes de préservation de toutes les phases. La trajectoire diagénétique des échantillons n’est toutefois pas aléatoire mais dépendante des conditions environnementales et taphonomiques différant entre les petites et les grandes chambres. En outre, nous avons pu démontrer qu’en dépit de fortes recristallisations et d’échanges isotopiques avec l’environnement sépulcral, les phases carbonatées possèdent un signal isotopique biogénique non altéré. Nous avons dans un second temps reconstruit les régimes alimentaires des individus en nous appuyant sur des référentiels de comparaisons robustes ainsi que divers modèles interprétatifs (mono-proxys versus multi-proxys ; qualitatifs versus quantitatifs), lesquels ont été dans certains cas adaptés au besoin de notre étude. D’une façon générale, nos résultats montrent que l’essentiel des individus a eu accès à un régime alimentaire type fondé sur la triade Céréales C3/Viande C3/Poisson marin. Ce régime alimentaire type n’est toutefois pas exclusif, certains individus (n = 13) ayant consommé de façon occasionnelle d’autres catégories de ressources tels que du poisson dulcicole ou des céréales C4. Nos résultats révèlent que les changements d’alimentation au cours de la vie sont relativement limités. Par ailleurs, cette population se singularise sur un plan strictement alimentaire au regard des autres populations contemporaines romaines pour lesquelles des valeurs isotopiques sont publiées. Nous avons dans un troisième temps étudié les schémas de mobilité des individus en nous fondant sur une approche rigoureuse de nos données et sur des référentiels de comparaison les plus exhaustifs possible ainsi qu’en tenant compte de biais ordinairement éludés (faits culturels, influence du climat et erreurs associées aux équations de conversion). Nos résultats mettent en lumière qu’a minima 23 % (n = 30) des individus étudiés sont migrants. Ces derniers ne se distinguent toutefois pas de par leur alimentation des résidents romains. Nous avons pu montrer en outre que ces migrants ont eu des trajectoires de vie complexes et hétérogènes et que trois schémas de mobilité distincts les caractérisent. Notre population ne se différencie pas en termes de taux de migrants des autres populations romaines pour lesquelles des données isotopiques sont disponibles. Elle se distingue en revanche par son cosmopolitisme avec des origines pour les migrants des plus diverses : Europe, Afrique, Arabie et Asie mineure [...]. / An assembly of unpublished complex plural burials (1st-3rd cent. AD.) was discovered and partially excavated, between 2003 and 2010 in the central region called X of the catacomb of Saints Peter and Marcellinus in Rome. It contains several hundred individuals which were buried according to uncommon funeral practices following a mortality episode of likely epidemic nature. To understand the life history (diet and mobility patterns) of these deceased and to discuss again certain assumptions previously established on the basis of new evidences, we have as part of this work conducted an archaeo-biogeochemical multi-proxy (14C, δ13C, δ15N, δ18O et 87Sr/86Sr) and multi-tissue (enamel, bones, hair) approach on a sub-sample of 130 individuals coming from six different chambers. At the outset, we tested the biochemical and isotopic integrity of mineral (carbonate phases) and organic fractions (collagen and keratin phases) samples from conventional indicators measured in routine (%Col, %C, %N, C/N, PCO2 et PCO2/Mass), by FTIR spectroscopy (IRSF, CO3/PO4 and AmideI/PO4) and by an innovative approach consisting of 14C dating on collagen-apatite to validate the isotopic signal of mineral fractions. Our results highlight extreme differences of preservation of all phases. Diagenetic trajectory of samples is however not random but dependent on environmental and taphonomical conditions which differ between small and large chambers. Furthermore, we have been able to demonstrate that, despite strong recrystallization and isotopic exchanges with the sepulchral environment, carbonated phases have an unaltered biogenic isotopic signal. Secondly, we rebuilt the diets of individuals based on robust comparisons repositories and various interpretative models (mono-proxy versus multi-proxies; qualitative versus quantitative) which were, in some cases, adapted to the needs of our study. In general, our results show that most of the individuals had access to such a type diet based on the triad Cereals C3/Meat C3/Marine fish. This type diet would however not be exclusive, some individuals (n = 13) would have indeed occasionally consumed other resources such as freshwater fish or C4 cereals. Our results indicate that changes of diet during the life history are relatively limited. Besides, with regard to consumed food, this population is distinguished from other contemporary Roman populations for whom isotopic values are published. In the third place, we studied individual’s mobility patterns based on a rigorous approach to our data and on a comparison of the most comprehensive repositories as possible with taking into account the bias usually evaded (cultural facts, influence of climate and errors associated with conversion equations). Our results highlight that a minimum of 23% (n = 30) of the studied individuals are migrants. These, however, are not distinguished from Roman residents through their diet. We were able to show further that these migrants had complex and heterogeneous trajectories during their life within three distinct mobility patterns characterizing them. In terms of migrant’s rates, our population does not differ from other Roman populations for which the isotopic data are available. It differs however by its cosmopolitanism with origins for more diverse migrants: Europe, Africa, Arabia and Asia Minor [...]. / Tra il 2003 e il 2010, nella regione centrale chiamata X della catacomba dei Santi Pietro e Marcellino a Roma, è stato scoperto e parzialmente scavato un insieme di sepolture plurime inedite (I-III sec. D.C.) contenente diverse centinaia di individui, i quali sono stati inumati secondo le pratiche funerarie singolari in seguito ad un episodio di sovramortalità di natura probabilmente epidemica. Per comprendere la storia di vita (alimentazione e mobilità) di questi defunti e ridiscutere, sulla base di nuovi elementi, alcune ipotesi precedentemente formulate, abbiamo condotto, nel quadro di questo lavoro, un approccio archeo-biogeochimico multi-proxys (14C, δ13C, δ15N, δ18O e 87Sr/86Sr) e multi-tessuto (smalto, ossa, capelli) su un campione di 130 individui da sei stanze diverse. Abbiamo inizialmente verificato l'integrità biochimica e isotopica delle frazioni minerali (fasi carbonatiche) ed organiche (fasi collageniche e cheratiniche) dei campioni provenienti da indicatori classici misurati in routine (%Col, %C, %N, C/N, PCO2 e PCO2/Massa) e per spettroscopia FTIR (IRSF, CO3/PO4 e AmmideI/PO4) ed un approccio innovativo costituito da datazione 14C su coppie collagene-apatite per validare il segnale isotopico delle frazioni minerali. I nostri risultati mettono in evidenza delle differenze estreme di preservazione di tutte le fasi. La traiettoria diagenetica dei campioni non è però aleatoria, ma dipendente dalle condizioni ambientali e tafonomiche che differiscono tra camere piccole e grandi. Inoltre, abbiamo potuto dimostrare che nonostante delle forti ricristallizzazioni e degli scambi isotopici con l'ambiente sepolcrale, le fasi carbonatiche hanno un segnale isotopico biogenetico inalterato. Abbiamo in un secondo tempo ricostruito i regimi alimentari degli individui basandoci su riferimenti di confronto robusti e vari modelli interpretativi (mono-proxys versus multi-proxys, qualitativi versus quantitativi), i quali sono stati in alcuni casi, adattati alle esigenze del nostro studio. In generale, i nostri risultati mostrano che la maggior parte degli individui ha avuto accesso ad un regime alimentare tipo basato sulla triade Cereali C3/Carne C3/Pesci marini. Questo regime alimentare non è tuttavia esclusivo, avendo certi individui (n = 13) consumato casualmente altre categorie di risorse come il pesce dulciacquicolo o dei cereali C4. I nostri risultati indicano che i cambiamenti di alimentazione nel corso della vita sono relativamente limitati. Inoltre, questa popolazione si distingue da un piano strettamente alimentare rispetto alle altre popolazioni contemporanee romane per le quali dei valori isotopici sono pubblicati. Abbiamo in un terzo tempo studiato gli schemi di mobilità degli individui basandoci su un approccio rigoroso dei nostri dati e su riferimenti di confronto i più esaustivi possibile, e anche tenendo conto di punti di vista solitamente elusi (fatti culturali, influenza del clima e errori associati alle equazioni di conversione). I nostri risultati mettono in luce che a minima 23% (n = 30) degli individui studiati sono migranti. Questi ultimi, tuttavia, non si distinguono per la loro alimentazione dai residenti romani. Abbiamo potuto mostrare, inoltre, che questi migranti hanno avuto percorsi di vita complessi ed eterogenei e che tre schemi di mobilità distinti li caratterizzano. Nostra popolazione non si differenzia in termini di tasso di migranti da altre popolazioni romane per le quali sono disponibili dei dati isotopici. Essa si distingue tuttavia per il suo cosmopolitismo con delle origini per i migranti delle più diverse: Europa, Africa, Arabia e Asia Minore [...].

La cicatrisation de défauts osseux permet tout au plus une réparation de l'os et dans peu de cas, une régénération ad integrum. Le développement de biomatériaux issus de l'ingénierie tissulaire en vue d'une régénération osseuse est donc un enjeu majeur. Le but de cette étude a été d'évaluer si des peptides GXXPG issus de l'élastine sont capables de favoriser la différenciation ostéoblastique de cellules mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse humaine (CMMO) ainsi que la formation de la matrice osseuse et sa minéralisation. Pour y répondre, nous avons utilisés les lattis de collagène de type I (COL1). La contraction de lattis « flottants » (LF) stimule l'expression de marqueurs de l'ostéoblaste (Runx-2, BSP…) par les CMMO ainsi que la minéralisation de la matrice osseuse. Cette différenciation ostéoblastique est aussi associée à l'activation de la cascade MT1-MMP/MMP-2/MMP-13. Nous montrons ensuite que les peptides GXXPG stimulent de façon dose-dépendante l'expression de marqueurs ostéoblastiques comme Runx-2 via S-Gal. Sur « coating » de COL1, ils stimulent la différenciation ostéoblastique des CMMO, la formation de la matrice osseuse et sa minéralisation. Enfin, dans des conditions « inflammatoires » créées par l'ajout de plasminogène (Plg) exogène, ces peptides conservent une activité ostéogénique sous contraintes mécaniques ou non. Plg seul induit également la différenciation ostéoblastique. Bien que les peptides GXXPG stimulent la production d'enzymes à activité collagénolytique (MT1-MMP, MMP-1), la lyse des LF n'est pas significative. En conclusion, les peptides GXXPG apparaissent comme des biomolécules pharmacologiques prometteuses pour la régénération osseuse. / Bone healing leads in only a few cases to an ad integrum regeneration, but most often to an incomplete tissue repair. Thus, the development of new biomaterials from tissue engineering in order to promote bone regeneration is a major goal. The purpose of our study was to evaluate if GXXPG peptides, derived from elastin, are able to favor human bone marrow mesenchymal cells (HBMC) to mature osteoblasts and bone matrix formation and mineralization.To this end, we used type I collagen (COL1) lattices. Floating lattice (LF) contraction stimulates osteoblasts markers expression (Runx-2, BSP…) by HMBC and bone matrix mineralization. Osteoblast differentiation is also associated to MT1-MMP/MMP-2/MMP-13 proteolytic cascade activation. We then showed that GXXPG peptides stimulate osteoblast markers like Runx-2 in a dose-dependent manner, an effect which involves S-Gal receptor. On a type I collagen coating model, these peptides also promote CMMO differentiation into osteoblast, bone matrix formation and mineralization. Finally, under “inflammatory” conditions, which can be catalyzed by plasminogen (Plg) supplementation, these peptides keep their ability to induce osteogenic responses in HBMC, even under mechanical stress. Plg alone is also able to promote osteoblast differentiation. Although GXXPG peptides stimulate collagenolytic enzymes (MT1-MMP, MMP-1) production, collagen degradation in LF is not significant. To conclude, GXXPG peptides appear as promising pharmacological biomolecules in bone regeneration.

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Le cross-linking du collagène cornéen (CXL) est une cornéoplastie mini-invasive reposant surun concept biomécanique difficile à objectiver physiquement et dont les preuves del’efficacité thérapeutique sont d’interprétation complexe. Les principes, les nuances et lesrésultats du CXL sont colligés dans cette thèse afin de valider l’intérêt du modèleexpérimental choisi pour tester la pertinence de notre travail de recherche sur l’élastographiecornéenne par ondes de cisaillement.Notre cheminement expérimental a abouti au choix du modèle de CXL trans-épithélial (TCXL)assisté par iontophorèse (I-CXL), réalisé in vivo, sur oeil de lapin. Les mesuresélastographiques obtenues après euthanasie ont ainsi pu démontrer une modificationsignificative du profil d’élasticité de la cornée après CXL, testé successivement de manièredynamique et statique.Nos résultats confirment donc l’efficacité biomécanique instantanée du I-CXL et donnent uneidée plus précise de la valeur de la photo-polymérisation du tissu cornéen isolée desphénomènes liés à la cicatrisation. Les enjeux technologiques de l’élastographe cornéen paranalyse des ondes de cisaillement ont pu être définis afin de développer une stratégie de miseen oeuvre d’un système pertinent pour la pratique clinique. / Corneal collagen cross-linking (CXL) is a kind of minimaly invasive corneoplasty mainlybased on a biomechanical concept, which is very difficult to measure physically, and whichthe therapeutic efficacy understanding is complex.Principles, different protocols and resultsare summarized in this thesis in order to illustrate the usefulness of the experimental modelchosen in our experimentations about elastographic corneal shear wave imaging.The pathway of our experimental work have led to the choice of trans-epithelial CXL (TCXL)assisted by iontophoresis (I-CXL), performed in vivo, on rabbits eyes. Elastographicmeasurements we obtained after animals euthanasia have shown a significant change of thecorneal elasticity profile after CXL, successively tested in a dynamic and in a static fashion.Our results do confirm the biomechanical efficacy of the I-CXL procedure and give a moreprecise idea of the sole photo-polymerization effect by avoiding any confounding healingconcern. Technological issues for corneal elastography with shear wave imaging have beenraised in this thesis to develop a realistic strategy for the launch of a clinically useful device.

Les reins sont les organes cibles de nombreuses molécules toxiques. Les cellules épithéliales du tubule proximal rénal sont particulièrement vulnérables vis-à-vis de xénobiotiques utilisés comme médicaments ou non. Ces agressions peuvent être corrélées à une augmentation du stress oxydatif et induire la mort cellulaire. Elles peuvent également mener à la perte des caractéristiques phénotypiques des cellules épithéliales, initiant leur dédifférenciation en cellules mésenchymateuses et éventuellement en fibroblastes, principaux responsables de la fibrose rénale.<p>Les stratégies de protection – notamment implémentées en clinique lors de l'administration de médicaments néphrotoxiques – reposant sur une approche pharmacologique restent rares.<p>A partir de données de médecines traditionnelles, nous avons sélectionné une série de plantes considérées utiles pour le traitement ou la prévention de troubles associés aux maladies rénales :Angelicae sinensis radix, Eleutherococci radix, Ginseng radix, Schisandrae chinensis fructus et Silybi mariani fructus.<p>A l'aide d'un modèle in vitro reposant sur l'emploi de la lignée cellulaire HK-2, nous avons examiné si ces produits pouvaient apporter une protection efficace vis-à-vis de 3 xénobiotiques néphrotoxiques :les acides aristolochiques, le cisplatine et la ciclosporine. Cinq phénomènes impliqués dans la néphrotoxicité et couramment retrouvés lors du développement de la fibrose rénale ont été investigués :(i) la mortalité cellulaire et l'apoptose ;(ii) la génération de stress oxydatif ;(iii) la modulation des capacités de régénération ;(iv) la production de matrice extracellulaire ;et (v) l'activation de la voie de signalisation de la β-caténine. <p>Parmi les 5 plantes étudiées sur ce modèle, celle présentant l'activité la plus intéressante vis-à-vis de l'un des 3 toxiques a été investiguée plus en détails afin d'identifier le(s) composé(s) responsable(s) de sa bioactivité. Les résultats ont indiqué que l'extrait méthanolique d'Angelica sinensis était le plus efficace pour réduire la néphrotoxicité induite par le cisplatine. Ces principes actifs – l'acide férulique, le Z-ligustilide et le E-ligustilide – ont été testés selon la même méthodologie. <p>L'acide férulique a été le plus efficace pour améliorer la survie cellulaire et diminuer l'apoptose induite par le cisplatine. Il a également permis de réduire la production de matrice extracellulaire, de stimuler les capacités de régénération de cellules saines et d'inhiber partiellement la voie de signalisation de la β-caténine. Il n'a toutefois pas été capable de limiter la génération de stress oxydatif induite par le traitement au cisplatine. <p>L'acide férulique semble être un candidat prometteur pour protéger les tubules rénaux vis-à-vis du cisplatine et pourrait contribuer à limiter l'initiation et le développement de la fibrose rénale. <p>/<p>The kidneys are targets of numerous toxic compounds. Proximal tubular epithelia cells are particularly vulnerable to xenobiotics used as drugs or not. These injuries can be associated with an increased oxidative stress and can trigger cell death. They can also lead to the loss of phenotypic characteristics of epithelial cells and initiate their dedifferentiation in mesenchymal cells, eventually evolving in fibroblasts, major actors responsible for renal fibrosis. <p>Protective strategies – including those implemented in clinical practice during the administration of nephrotoxic drugs – relying on a pharmacological approach remain seldom.<p>By means of data issuing from traditional medicines, we selected a series of herbs potentially useful for the treatment or prevention of troubles associated with kidney diseases: Angelicae sinensis radix, Eleutherococci radix, Ginseng radix, Schisandrae chinensis fructus and Silybi mariani fructus.<p>Using an in vitro model based on HK-2 cell line, we examined if these herbal products could bring an effective protection towards 3 nephrotoxic drugs: aristolochic acids, cisplatin and ciclosporin. Five phenomena involved in nephrotoxicity and regularly occurring during the progression of renal fibrosis were investigated: (i) cell death and apoptosis; (ii) oxidative stress generation; (iii) modulation of regeneration capacities; (iv) extracellular matrix production; and (v) β-catenin pathway activation.<p>Among the 5 herbs that were studied, the one presenting the most interesting effects towards one of the 3 toxicants has been investigated in details in order to identify the compound(s) responsible for its bioactivity. Results indicated that the crude methanolic extract of Angelica sinensis was the most potent for reducing cisplatin-induced nephrotoxicity. Its active principles – ferulic acid, Z-ligustilide and E-ligustilide – were tested according to the same methods.<p>Ferulic acid was the most potent compound for improving cell survival and for alleviating cisplatine-induced apoptosis. It also allowed to restrain the extracellular matrix production, enhanced the regeneration capacities of healthy cells and partially inhibited the activation of the β-catenin pathway. It was however ineffective in preventing the generation of oxidative stress induced during cisplatin treatment. <p>Ferulic acid appears as a promising candidate for protecting renal tubules against cisplatin's nephrotoxicity and could contribute to limit the onset and progression of renal fibrosis. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le costimulateur inductible (ICOS) est un récepteur costimulatoire des cellules T crucial pour l’immunité humorale. Chez l’humain, une déficience de ICOS est associée à des infections récurrentes dû à des défauts de différentiation des lymphocytes T auxiliaires folliculaires (Tfh) et un manque d’anticorps protecteurs. Paradoxalement, certains patients déficients en ICOS développent des signes d’autoimmunité causés par des autoanticorps. Ces observations sont en accord avec des résultats suggérant que ICOS joue un double rôle dans la promotion des fonctions de cellules T effectrices et de cellules T régulatrices. L’arthrite rhumatoïde (RA) est une maladie autoimmune caractérisée par l’inflammation articulaire et la destruction progressive des os. Dans la première étude présentée au Chapitre 2, nous avons démontré que ICOS est requis pour l’initiation et la maintenance de l’arthrite induite par le collagène (CIA), un modèle murin de la RA. Nous avons démontré que des événements clés de l’initiation de la CIA incluant la production d’anticorps contre le collagène et la prolifération de cellules T inflammatoires sont dépendants de la voie de signalisation ICOS-PI3K. Aussi, nous avons trouvé que la signalisation par ICOS-PI3K promouvoit le maintien de la CIA. De plus, nous avons établi que l’inhibition de la glycolyse réduit la sévérité de la CIA, ce qui suggère un chevauchement entre la signalisation ICOS-PI3K et le métabolisme du glucose dans la pathogenèse de l’arthrite autoimmune. Dans la deuxième étude présentée au Chapitre 3, nous avons utilisé des souris dont les cellules T régulatrices sont déficientes en ICOS (ICOS FC) pour évaluer l’impact de ICOS dans les cellules Tfr. Nous avons trouvé que les souris ICOS FC possèdent un taux réduit de cellules Tfr, mais aucune diminution des cellules T régulatrices (Treg) précurseurs. De plus, les souris ICOS FC ont un taux élevé de cellules B du centre germinatif (GC) non-spécifiques ainsi qu’une production accrue d’anticorps anti-nucléaires. Nous avons aussi observé une perturbation des réponses anti-virales et de la production d’anticorps spécifiques dans les souris ICOS FC ce qui suggère des rôles non-régulateurs pour les cellules Tfr. Nous avons effectué une analyse de transcriptome de cellule unique avec des Tregs et nous avons observé une accumulation de précurseurs de Tfr dans les souris ICOS FC, ce qui suggère un défaut de la transition Treg à Tfr. Nos données suggèrent que ICOS participe à la différentiation des cellules Tfr en régulant KLF2 et NFAT2, ce qui contribue à l’établissement de traits folliculaires. En résumé, nous avons démontré que ICOS promouvoit le développement de l’arthrite autoimmune en soutenant les fonctions des cellules T inflammatoires par la voie de signalisation ICOS-PI3K. De plus, nos résultats prouvent que ICOS peut prévenir la production d’autoanticorps en supportant la différentiation des cellules Tfr. Notre travail contribue à l’avancement des connaissances en ce qui concerne le rôle double de ICOS dans l’immunité cellulaire et humorale et fournit des paramètres importants à considérer lors de la recherche de nouvelles cibles thérapeutiques. / The inducible costimulator (ICOS) is a T cell costimulatory receptor crucial for humoral immunity. In humans, ICOS deficiency is associated with recurrent infections due to defects in T follicular helper (Tfh) differentiation and lack of protective antibodies. Paradoxically, some ICOS-deficient patients were found to exhibit signs of antibody-mediated autoimmunity. These observations are congruent with findings suggesting that ICOS plays a dual role in promoting T effector and T regulatory cell functions. Due to this ambivalence, the role of ICOS in autoimmunity remains unresolved. Rheumatoid arthritis (RA) is an autoimmune disease characterized by joint inflammation and progressive bone destruction. The number of ICOS+ T cells in the synovial tissues of RA patients was found to be elevated, suggesting a potential involvement of ICOS signaling in the pathogenesis of RA. In the first study presented in Chapter 2, we showed that ICOS is required for the initiation and maintenance of collagen-induced arthritis (CIA), a murine model of RA. We found that key CIA initiation events such as anti-collagen antibody production and inflammatory T cell proliferation were dependent on ICOS-PI3K signaling. Further, we found that ICOS-PI3K signaling promotes maintenance of established CIA. Additionally, we show that glycolysis inhibition ameliorates CIA, thus suggesting potential overlaps between ICOS-PI3K signaling and glucose metabolism in the pathophysiology of autoimmune arthritis. The initiation of autoimmunity depends on the action of autoimmune effector cells, but also on a failure of regulatory cells. Amongst the latter, T follicular regulatory (Tfr) cells are thought to prevent autoantibody production. In the second study presented in Chapter 3, we used regulatory T cell-specific ICOS knockout (ICOS FC) mice to investigate the impact of ICOS signaling in Tfr cells. We found that ICOS FC mice display a significant reduction in Tfr cell numbers, but no depletion of their T regulatory (Treg) precursors. Further, ICOS FC mice exhibited a rise of extraneous germinal center (GC) B cells numbers and increased production of anti-nuclear antibodies. We also observed disruptions of anti-viral responses and antigen-specific antibody production in ICOS FC mice, suggesting non-regulatory roles for Tfr cells. We performed single-cell transcriptome analysis of regulatory T cells and observed an accumulation of Tfr precursors in ICOS FC mice suggestive of a Treg-to-Tfr transition defect. Mechanistically, we found that ICOS participates in Tfr differentiation by regulating KLF2 and NFAT2, thereby contributing to the establishment of follicular T cell traits. In sum, we demonstrate that ICOS promotes the development of autoimmune arthritis by fostering inflammatory T cell responses in a PI3K-dependent manner. In addition, our work shows that ICOS can prevent autoantibody production by supporting Tfr differentiation. Thus, we contribute insights into the dual role of ICOS in the cellular and humoral arms of autoimmunity, providing important parameters to be considered when searching for novel therapeutic targets.

Le rachitisme vitamino-résistant hypophosphatémique (RVRH) est une maladie génétique rare causée par des mutations du gène PHEX. La perte de fonction de la protéine PHEX conduit à l’augmentation du FGF23, une hormone circulante qui agit sur le rein et entraîne une perte systémique de phosphate. Le squelette rachitique des patients atteints de RVRH présente des déformations osseuses et une ostéomalacie. La dentine hypominéralisée des patients est à l’origine d’abcès dentaires fréquents, mais le statut parodontal des patients RVRH est mal connu, de même que leur risque de développer une parodontite pouvant aboutir à la perte des dents. La fonction et le substrat de la protéine PHEX ne sont pas identifiés avec exactitude. Il a été montré in vitro que PHEX avait la capacité d’interagir et de dégrader des protéines membres de la famille des SIBLINGs comme MEPE ou OPN, toutes les deux impliquées dans la régulation de la minéralisation des tissus osseux et dentinaires, mais on ne sait pas si in vivo les défauts de minéralisation observés résultent principalement de l’hypophosphatémie systémique ou bien également des effets directs de l’absence de PHEX sur les protéines régulatrices de la minéralisation. L’objectif de cette thèse a consisté à s’intéresser à la physiopathologie du parodonte dans le RVRH ainsi qu’à déterminer quel était l’impact de la mutation de PHEX dans un modèle de biominéralisation humaine où les conditions de concentration en phosphate pouvaient être ajustées et normalisées. Nous avons d’abord analysé le statut parodontal de 34 patients RVRH dans une étude clinique cas-témoins et ainsi montré que les malades dont la supplémentation en phosphate et vitamine D était tardive ou incomplète présentaient une fréquence et une sévérité accrues de maladie parodontale. Le phénotype parodontal du RVRH a alors été étudié sur des échantillons humains et sur le modèle murin du RVRH, la souris HYP. Nous avons réalisé un modèle d’égression dentaire de façon à permettre une apposition du cément cellulaire, ainsi qu’un modèle de résorption et de réparation osseuses parodontales afin de caractériser l’impact du RVRH sur la physiopathologie parodontale. Nos résultats ont montré que le phénotype parodontal et sa physiopathologie étaient très perturbés dans le rachitisme vitamino-résistant hypophosphatémique et chez la souris HYP, nous avons aussi pu mettre en évidence que le rôle pathologique majeur joué par l’ostéopontine dans le tissu osseux au cours du RVRH ne pouvait pas être généralisé aux autres tissus minéralisés du parodonte. De façon à identifier le rôle de PHEX dans la minéralisation matricielle locale indépendamment de la phosphatémie systémique, nous avons ensemencé des matrices de collagène dense avec des cellules primaires humaines issues de patients RVRH comparés à des contrôles que nous avons cultivés pendant 24 jours en conditions ostéogéniques avec des concentrations en phosphate identiques. Nos résultats ont montré que malgré une concentration normale en phosphate, la perte de fonction de la protéine PHEX entraînait une diminution de la quantité et de la qualité de la phase minérale et une accumulation et une dégradation pathologiques de la protéine OPN. Les contributions originales de ce travail de thèse doctorale ont consisté à démontrer sur le plan clinique et biologique la susceptibilité accrue du rachitisme hypophosphatémique lié à l’X quant au risque de développer une maladie parodontale, ainsi qu’à apporter la preuve d’un rôle pathologique de l’absence de PHEX indépendant de la phosphatémie sur des cultures primaires humaines. / X-linked hypophosphatemia (XLH) is a rare X-linked dominant disorder caused by inactivating mutations in the PHEX gene. The impairment of PHEX protein leads to an increase in FGF23, a circulating factor that causes systemic loss of phosphate. The rachitic skeleton of patients with XLH displays short stature and osteomalacia. Dental defects include poorly mineralized dentin and spontaneous dental abscesses. Little is known about the periodontal condition of XLH and if patients are more prone to develop periodontitis, eventually leading to tooth loss. Although the exact function and substrate of PHEX are not known, it has been shown in vitro that PHEX could interact with SIBLING proteins such as MEPE or OPN, both involved in the regulation of bone and dentin mineralization, but it is not yet clear if the defects in the calcified extracellular matrices of XLH are caused by systemic hypophosphatemia only, or also by local consequences of the absence of PHEX. The aim of this doctoral dissertation was to explore the pathobiology of the XLH periodontium and to determine the impact of PHEX deficiency at the local level in a model of human biomineralization where phosphate supply could be adjusted and normalized. We first examined 34 adults with XLH in a case-control study and observed that periodontitis frequency and severity were increased in individuals with late or incomplete supplementation in phosphate and vitamin D analogs. The periodontium was then analyzed in XLH dental roots and further characterized in the Hyp mouse, the murine model of XLH. We performed a model of tooth movement adaptation leading to the formation of cellular cementum and a model of periodontal breakdown and repair to investigate the impact of XLH on the pathobiology of periodontal tissues. Our results showed strongly affected XLH/Hyp periodontal phenotype and impaired pathobiology and suggested that the key role played by OPN in bone could not be generalized to other periodontal mineralized tissues. In order to determine the role of PHEX in local human mineralization, dense collagen gels were seeded with primary human dental pulp cells harvested from XLH patients displaying PHEX mutations and age-matched healthy individuals. Cell-seeded gels were cultured up to 24 days under osteogenic conditions and controlled phosphate medium concentrations. Our results showed that despite normal phosphate concentrations, PHEX deficiency led to decreased quantity and quality of the mineral phase and a pathologic accumulation and processing of OPN. Overall the original contributions of this doctoral dissertation consist in the demonstration of a higher susceptibility of XLH patients to periodontitis and in the evidence of a local effect of PHEX deficiency in the pathologic intrinsic mineralization from XLH osteogenic cells.

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Le collagène est une protéine de structure majeure qui forme diverses organisations macromoléculaires dans les tissus, et est responsable des propriétés biomécaniques de la plupart des organes. La génération de seconde harmonique (SHG) est une technique d'imagerie adaptée pour sonder l'organisation fibrillaire du collagène. Ce travail vise à implémenter et à caractériser la SHG résolue en polarisation (PSHG), et à coupler cette technique à des essais biomécaniques pour obtenir des informations structurelles multi échelles sur les tissus collagéniques. Nous avons d'abord étudié les effets optiques linéaires qui influencent l'imagerie P-SHG dans les tissus anisotropes denses tels que les tissus collagéniques. Nous avons développé un modèle théorique qui prend en compte la biréfringence, la di-atténuation et le mélange de polarisation, et nous avons obtenu un excellent accord avec nos mesures P-SHG dans le tendon de queue de rat. De plus, nous avons effectué des simulations numériques de la propagation du faisceau d'excitation et de la formation du signal SHG dans le tendon et la cornée. Ces simulations ont confirmé le rôle crucial de la biréfringence en P-SHG. Nous avons ensuite mis en place un dispositif expérimental combinant des essais mécaniques avec l'imagerie SHG. Cela a permis de visualiser la morphologie du tendon à l'échelle micrométrique pendant les essais mécaniques macroscopiques. Nos résultats ont montré que l'imagerie SHG sous traction permet d'élucider le lien entre la réponse macroscopique des tissus et leur structure microscopique. Enfin, nous avons développé un modèle théorique pour relier l'anisotropie du signal P-SHG à l'ordre orientationnel submicrométrique des harmonophores dans le tissu. Nous avons testé ce modèle par des mesures P-SHG sur un tendon soumis à une élongation croissante. Nous avons alors caractérisé avec succès les variations d'organisation des fibrilles dans le tendon en fonction de l'élongation.