L’utilisation de nanoparticules (NPs) dans un milieu biologique est de plus en plus importante, alors que leur assimilation et leur toxicité reste peu maitrisée. Dans ce contexte l’objectif de ce travail est d’étudier l’interaction entre nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) avec des protéines ainsi que leur possible impact sur leurs propriétés structurales. Trois protéines d’intérêt ont été choisies: une protéine de la matrice extra cellulaire, le collagène, et deux protéines du plasma sanguin, l’albumine et le fibrinogène. Le choix a été basé sur l’importance biologique de ces protéines lors des interactions avec des NPs et sur la différence de leurs structures tridimensionnelles. L’étude de l’interaction protéine-NPs a été réalisée en solution et en phase adsorbée dans différentes conditions de température et de temps d’incubation. Dans un premier temps des nanoparticules de dioxyde de titane ont été synthétisées par voie solvothermale, afin d’obtenir des nanoparticules de tailles et de formes contrôlées. Deux types de nanoparticules ont été sélectionnés en vues d’étudier l’effet de forme et de taille sur l’interaction protéines-nanoparticules: des nano-sphères de diamètre de 8 à 10 nm et des nano-bâtonnets d’environ 8 nm de largeur et 23 nm longueur. Leur comportement en solution physiologique ainsi que leur réactivité ont été caractérisé par DSL et absorption UV montrant une inhibition des propriétés catalytiques ainsi qu’une forte agrégation en solution tampon phosphate saline (PBS). Dans un deuxième temps les propriétés d’adsorption du collagène en présence de nanoparticules furent étudiées sur deux types de surfaces l’une hydrophobe et l’autre hydrophile par XPS et imagerie AFM ainsi que par des mesures de forces AFM. Le comportement du collagène en solution en présence de nanoparticules a été caractérisé par ATR liquide. Les observations suggèrent que la formation des fibrilles à l’interface surface-solution de collagène est affectée par le caractère hydrophobe ou hydrophile de la surface ainsi que par la présence de nanoparticules. Enfin les propriétés d’adsorption de la HSA et du fibrinogène en présence de nanoparticules furent étudiées sur une surface hydrophile par imagerie AFM et analyses XPS. Leur comportement en solution en présence de nanoparticules fut étudié par ATR liquide. Les résultats suggèrent deux comportements différents des protéines en présence de nanoparticules pouvant être attribués propriétés physicochimiques différentes des protéines. La HSA subit d’importants changements structuraux en présence de nanoparticules contrairement au fibrinogène.L’étude en phase liquide de l’interaction protéine-nanoparticules couplé à l’étude en phase adsorbées des protéines permet de déterminer les phénomènes impliqués lors de cette interaction ainsi que leurs conséquences sur les protéines, de plus l’utilisation de nanoparticules de taille et forme différentes permet d’étudier la sensibilité des protéines à ces facteurs. / The extensive use of NPs in a biological environment raises the problem of their assimilation or their toxicity, the main objective of this work is to study the interaction of TiO2 NPs with proteins as well as their possible impact on the structural properties of proteins. Three proteins were chosen, a protein of the extracellular matrix, the collagen, and two proteins of the plasma blood, the albumin and the fibrinogen for their biological importance as well as for their various tridimensional structures. The study of the protein-nanoparticle interaction was realized in solution and in the adsorbed phase under various condition of temperature and incubation time. First, titanium dioxide NPs were synthesized by a solvothermal method, NPs with controlled size and form were obtained. Two types of NPs were selected in order to study the effect of shape and size on the protein-NPs interaction: nano-spheres with a diameter of 8 to 10 nm and nano-rods with a width about 8 nm and a length of 23 nm. The behavior in physiological solution as well as the reactivity were characterized by DSL and UV absorption showing an inhibition of catalytic properties as well as a strong aggregation in phosphate buffer saline solution (PBS). Second, the adsorption properties of the collagen in the presence of NPs were studied on two kinds of surfaces, one hydrophobic and the other hydrophilic by XPS and AFM imaging as well as by AFM force measurements. The behavior of the collagen in solution in the presence of NPs was characterized by liquid ATR. The observations suggest that the formation of fibrils at the surface- collagen solution interface is affected by the hydrophobic or the hydrophilic character of the surface as well as by the presence of NPs. In the last part the adsorption properties of HSA and fibrinogen in the presence of NPs were studied on a hydrophilic surface by AFM imaging and XPS analyses. Their behaviors in solution in the presence of NPs were studied by liquid ATR. The results suggest two different behaviors of proteins in the presence of NPs, which can be attributed to the different physico-chemical properties of the proteins. HSA undergoes important structural changes in the presence of NPs but not fibrinogen. The study in the liquid phase of the protein-nanoparticle interaction, coupled to study of proteins in the adsorbed phase allows determining the involved phenomenon during the protein-nanoparticle interaction as well as the consequences on protein adsorption. Moreover, the use of NPs with different sizes and shapes revealed the sensitivity of proteins to these factors.

Les cellules cancéreuses sont confrontées à un microenvironnement capable de réguler le processus de progression tumorale. Le collagène de type I, un des facteurs d’adhésion de ce microenvironnement, joue un rôle important dans la régulation de la prolifération cellulaire en particulier. Au cours du vieillissement, cette protéine subit des modifications qui vont avoir un effet délétère sur son état fibrillaire, propriété indispensable pour activer les récepteurs DDR1 et DDR2. Le but de ce travail est d’étudier les effets du vieillissement du collagène de type I sur la prolifération et l’apoptose des cellules tumorales. Dans la première partie, nous montrons que le collagène adulte inhibe la prolifération des cellules de fibrosarcome humain HT-1080, comparé au collagène âgé. Ce processus est observé uniquement en matrice 3D. Le collagène adulte induit une activation plus importante de DDR2 et SHP-2. Cette dernière inhibe par la suite l’axe JAK2 / ERK1/2, et induit une augmentation de l’expression de p21CIP1. Dans la deuxième partie, nous montrons que le collagène de type I adulte induit l’apoptose dans les cellules de carcinome mammaire luminal non invasif, contrairement au collagène âgé. Nous mettons en évidence une activation plus importante de DDR1 par le collagène adulte, et cela uniquement en matrice 3D de collagène. Ceci conduit à une augmentation de l’expression de la protéine pro-apoptotique BIK, qui conduit à son tour à l’apoptose des cellules. Ces données suggèrent que le vieillissement du collagène de type I contribue à la perte de ses propriétés de suppresseur de tumeur, en diminuant l’activation des voies de signalisation relayées par DDR1 et DDR2. / Cancer cells are confronted to a microenvironment that regulates tumor progression. Type I collagen is one of the adhesion factors which control cell proliferation. During aging, this protein undergoes modifications which have a detrimental effect on its fibrillar organization. This property is crucial for the activation of DDR1 and DDR2. Here we address the effect of collagen aging on cell growth and apoptosis. In the first study, we provide evidence for an inhibitory effect of adult collagen, but not the old one, on proliferation of human fibrosarcoma HT-1080 cells. This process is observed only in 3D matrix culture model. At the opposite of the old collagen, adult collagen highly activates DDR2 and its downstream target, the phosphatase SHP-2. Then SHP-2 represses the JAK2/ERK1/2 signaling axis, leading to an increase in p21CIP1 expression, thus conferring to adult collagen a growth suppressor property, which is lost with aging. In the second study, we analyzed the effects of collagen aging on its apoptotic effect in luminal and non-invasive breast carcinoma. Adult collagen is able to induce apoptosis in MCF-7 and ZR-75-1, when compared to old collagen. This process is observed only in 3D matrix culture model. A significant increase in DDR1 activation is observed in the presence of adult collagen. This leads in turn to an increase in the pro-apoptotic protein BIK expression and consequently in collagen-induced apoptosis. Altogether, our data support the concept that aging contributes to the loss of type I collagen-induced cell growth suppression and apoptosis by downregulating DDR1 and DDR2 signaling pathways, but only in 3D cell confinement model.

Le Syndrome d’Ehlers-Danlos vasculaire (SEDv) est une pathologie génétique rare à transmission autosomique dominante. Les patients sont prédisposés à la survenue de ruptures vasculaires, digestives et utérines induisant une létalité précoce. Cette pathologie est due à des mutations du gène COL3A1 (codant le collagène de type III), majoritairement de type faux-sens, agissant via un mécanisme dominant négatif. Plus rarement, de larges délétions ou des mutations non-sens induisent une haplo-insuffisance. In fine, les conséquences de ces mutations portent essentiellement sur la synthèse du collagène de type III, aboutissant à une fragilité artérielle importante. A ce jour, aucun traitement curatif n’est disponible. L’inactivation du gène Col3a1 chez la souris entraine une mortalité in utero et néonatale quasi-systématique en cas d’homozygotie, mais les souris Col3a1+/- sont exemptes de phénotype vasculaire évident. Afin d’obtenir un modèle de dissection artérielle liée à un défaut de collagène de type III, une perfusion chronique d’Angiotensine II (Ang II) à dose pressive a été utilisée. Nos résultats montrent que l’haplo-insuffisance en collagène de type III confère une sensibilité artérielle majeure à l’Ang II. Cette fragilité est caractérisée par le développement de dissections/ruptures de l’aorte ascendante et induit des décès prématurés de ces animaux. Ce phénotype est lié non seulement à l’élévation de pression artérielle mais aussi à l’activation des voies de signalisation de l’Ang II. Enfin, nous montrons qu’un traitement associant un bêtabloquant (propranolol) et un vasodilatateur artériel (hydralazine) permet de réduire la mortalité induite par l’Ang II. Ces résultats suggèrent l’intérêt de l’ajout d’un traitement préventif par inhibiteur de l’Ang II au traitement bêtabloquant (Celiprolol) recommandé dans la pathologie humaine.Parallèlement, nous avons généré un modèle murin knock-in génétiquement plus proche des patients SEDv, par l’introduction d’une mutation ponctuelle faux-sens (Gly183Ser) observée chez un patient. L’analyse préliminaire de ce modèle montre que les souris Col3a1+/G183S décèdent spontanément, dès 4 semaines, de ruptures/dissections de l’aorte ascendante. Cependant, ces souris ne présentent de modification ni de leurs paramètres hémodynamiques, ni de leurs diamètres aortiques. En revanche, environ 20 % des souris Col3a1+/G183S présentent des plaies au niveau du dos et des pattes. Ce nouveau modèle de souris est actuellement le seul à récapituler aussi fidèlement le phénotype des patients SEDv. Il devrait donc permettre de tester différentes approches thérapeutiques. / Vascular Ehlers-Danlos (vEDS) syndrome is a rare, inherited, autosomal dominant disease that results from mutations in the COL3A1 gene, encoding type III collagen. Patients are mostly affected by missense mutations probably acting through a dominant negative mechanism. A few patients present large deletions or nonsense mutations leading to a haploinsufficient mechanism. These mutations are supposed to lead to a defect in the synthesis and secretion of collagen type III, resulting in arterial wall fragility. Consequently, vEDS is mostly characterized by ruptures/dissections in arteries at a young age, which ultimately lead to premature death. While there is currently no surgical or therapeutic treatments available, a recent study reported the beneficial effect of the beta-blocker celiprolol, which prevents vascular complications in patients.To investigate the vascular phenotype of vEDS, a mouse model of this disease has been generated by the complete and ubiquitous inactivation of the COL3A1 gene. Col3a1-/- mice exhibit severe perinatal mortality and die prematurely from spontaneous vascular rupture. However, Col3a1+/- mice are viable and exhibit no obvious vascular phenotype. To determine the susceptibility of Col3a1+/- mice to develop vascular rupture/dissection, an experimental model of aneurysm induction was used, through the chronic infusion of Angiotensin II (Ang II). Our results showed that Ang II infusion led to severe premature mortality in Col3a1+/- compared to wild type. This fragility was characterized by the development of rupture/dissection in the ascending aorta. These lesions could be caused by the elevation of blood pressure and/or the activation of Ang II signaling pathways. We showed that treatment with a beta-blocker (propranolol) and an arterial vasodilator (hydralazine) reduced the mortality induced by Ang II in Col3a1+/- mice. These results suggest the beneficial effect of adding a preventive treatment inhibitor of Ang II to the beta-blocker treatment recommended in human pathology.Meanwhile, given that a majority of human vEDS cases is caused by missense mutations in the COL3A1 gene, we established a knock-in mouse model bearing a point mutation (Gly183Ser) found in vEDS patients. The preliminary characterization of this model showed that Col3a1+/G183S mice die spontaneously as early as 4 weeks of age from a dissection or rupture of the ascending aorta. However, these mice do not showed any changes of their hemodynamic parameters or aortic diameter. Furthermore, about 20 % of mouse Col3a1+/G183S display wounds in the back and legs. This new mouse model is currently the only that mimic more closely the human disease and could therefore be used to test different therapeutic strategies.

Le collagène XIX est un collagène mineur retrouvé dans la zone de certaines membranes basales spécialisées. Notre laboratoire a montré que son domaine NC1(XIX) est une matrikine présentant des propriétés anti-tumorales et anti-angiogéniques. L'objectif de ce travail est d'étudier les mécanismes aboutissant à cette activité anti-tumorale.Lors de l'invasion tumorale, les cellules cancéreuses dégradent la membrane basale permettant la production de matrikines anti-tumorales. Dans un premier temps, nous avons démontré que la plasmine, qui est une des enzymes clé de l'invasion tumorale, clivait l'extrémité C-terminale du collagène XIX, in vitro et ex vivo, et libérait un peptide présentant une séquence proche du peptide NC1(XIX). Une analyse en modélisation moléculaire a retrouvé que ce peptide adoptait localement la même conformation en coude β de type I que le peptide NC1(XIX). Nous avons ensuite montré que ce peptide inhibait la migration des cellules tumorales in vitro et la croissance tumorale in vivo. Ce travail démontre que le collagène XIX est un nouveau substrat de la plasmine. Ce mécanisme pourrait constituer un moyen de défense de l'organisme contre l'invasion tumorale.Les principaux récepteurs des matrikines appartiennent à la famille des intégrines. Dans un modèle de mélanome humain (cellules SK-MEL-28), nous avons caractérisé l'intégrine αvβ3, comme récepteur du peptide NC1(XIX). Nous avons également démontré que la fixation du peptide NC1(XIX) sur l'intégrine αvβ3 induisait une diminution des phosphorylations de FAK sur le résidu de tyrosine 861, de la sous unité p85 de la PI3K sur le résidu de tyrosine 458, de PDK1 sur le résidu de sérine 241, d'Akt sur les résidus de thréonine 308 et de sérine 473, de mTOR sur les résidus de sérine 2448 et 2481, et de GSK3β sur le résidu de sérine 9. L'inhibition de cette voie FAK / PI3K / Akt / mTOR, largement impliquée dans la transduction du signal dans le mélanome peut, en partie, expliquer les effets anti-tumoraux du peptide NC1(XIX).Parallèlement, ce travail nous a permis de mettre au point différentes techniques de PCR, de Western blot et d'ELISA pour quantifier l'expression du collagène XIX et de son peptide NC1(XIX). Cette étape constitue un préalable essentiel pour une application éventuelle en biologie clinique. / Type XIX collagen is a minor collagen localized in specialized basement membranes. Our laboratory demonstrated that its NC1(XIX) domain is a matrikine which presents anti-tumor and anti-angiogenic properties. The aim of this work was to study the mechanisms leading to this anti-tumor activity.During tumor invasion, cancer cells degrade basement membrane components leading to anti-tumor matrikine release. First, we demonstrated that plasmin, a key enzyme in tumor invasion, cleaved the C-terminal domain of type XIX collagen, in vitro and ex vivo, and released a peptide with a sequence in close vicinity to the NC1(XIX) peptide. Molecular modeling studies showed that NC1(XIX) peptide and the released fragment adopted locally the same type I β-turn conformation. Then, we showed that this peptide inhibited migration of tumor cells in vitro and tumor growth in vivo. This study demonstrated that collagen XIX is a novel proteolytic substrate for plasmin. Such release may constitute a defense of the organism against tumor invasion.The main matrikine receptors belong to the integrin family. In a model of human melanoma cells (SK-MEL-28), we characterized αvβ3 integrin as NC1(XIX) peptide receptor. We also demonstrated that the binding of NC1(XIX) peptide on αvβ3 integrin induced a decrease in phosphorylation of FAK tyrosine 861 residue, PI3K p85 tyrosine 458, PDK1 serine 241,Akt threonine 308 and serine 473, mTOR serine 2448 and 2481, and GSK3β serine 9. The decreased activity of this FAK / PI3K / Akt / mTOR pathway, heavily involved in melanoma signal transduction, could explain, at least in part, the antitumor effects of NC1(XIX) peptide.Meanwhile, this work allowed us to develop PCR, Western blot and ELISA to quantify the expression of collagen XIX and its NC1(XIX) peptide. These steps were required for clinical applications.

Les membranes basales (MB) jouent un rôle majeur au cours des processus morphogénétiques. Elles et sont principalement composées de Collagène de type IV, de Perlecan et de Laminine. Les récepteurs d'adhésions/signalisations (Intégrines/Dystroglycans) localisés au pôle basal des cellules épithéliales, interagissent directement avec les MBs. De nombreuses études montrent l'importance de la composition des MBs dans le devenir cellulaire. Cependant, le rôle mécanique de la MB au cours du développement d'un organe multicouche n'est pas connu. Comme modèle de morphogenèse épithéliale, nous avons choisi d'étudier l'épithélium du follicule ovarien chez Drosophila melanogaster. La MB entoure chaque follicule ovarien qui est composé d'une monocouche de cellules épithéliales cuboïdes entourant un groupe interne formé de 16 cellules de la lignée germinale (15 cellules nourricières en postérieur et 1 ovocyte en antérieur). Au cours du développement folliculaire, les cellules épithéliales s'aplatissent suivant une vague antéro-postérieur. Cette transition cellulaire cuboïde – aplatie dépend du remodelage des jonctions d'adhérence et du cytosquelette. Mes travaux de thèse ont porté sur l'étude du rôle mécanique et moléculaire de la MB au cours de la morphogenèse épithéliale chez la Drosophile. J'ai ainsi pu montrer (i) que la rigidité de la MB augmente au fur et à mesure du développement du follicule, (ii) que l'aplatissement dépend de la structure de la MB et de la liaison a cette MB grâce aux intégrines (iii) que la MB s'assouplie lors de la transition cuboïde-squameux et que cette assouplissement dépend de ce processus. Ces résultats démontrent un dynamisme mécanique et moléculaire de la MB au cours de l'ovogenèse et de la morphogenèse, révélant le rôle central de la MB lors de ces processus. Parallèlement j'ai développé une approche par segmentation cellulaire afin d'extraire les valeurs métriques (hauteur, anisotropie, surface basale, volume) des cellules épithéliales et de mesurer les variations de ces paramètres au cours de la morphogenèse épithéliale (MARS-ALT) / Epithelial cell morphogenesis is an essential process for animal development. Epithelia are composed of polarized cells with a basal side interacting through Integrins, with a basement membrane (BM) and a lateral side containing cadherin-based junctional complexes. Integrins and Cadherins are, both, linked to actin filaments and are thus involved in cell shape regulation. While these links are well documented, it remains unclear how the components of the BM and the 3D organisation of this tissue influence epithelial cell morphogenesis. The model we are using to study this influence is the follicular epithelium in Drosophila melanogaster. It consists of a monolayer of 800 epithelial cells surrounding the egg chamber consisted of an internal cluster of 16 germline cells (15 nurse cells and one posteriorly-localized oocyte). An extracellular matrix (ECM), composed mainly of Collagen IV and Laminins, surrounds each follicle, directly secreted by follicular cells. During follicle development, the cuboidal epithelial cells become squamous around the nurse cells and columnar around the oocyte. The cuboidal-to-squamous transition depends on both Integrins (formed by the subunits aPS2/bPS) and Cadherin-based adherens junction remodelling. Here we designed an Atomic Force Microscopy (AFM) approach to investigate the elastic modulus of the ECM in a living ovarian follicle at different stages of development and particularly during epithelial cell morphogenesis. First, we found that the stiffness changes temporally during oogenesis with an increase of stiffness during Collagen IV deposition. Second, during cell morphogenesis, we observed a gradient of ECM stiffness. Third, by measuring the stiffness in mutants delaying or promoting cell flattening, we showed that the regional differences occurs in function of the cell ability to flatten. Fourth, to assess the involvement of Collagen IV or its structure for the ECM rigidity properties, we measured the stiffness of ECM produced by follicles mutant for Collagen IV or after collagenase treatment and concluded that collagen fibrils are the source of rigidity properties.Altogether, these results demonstrate the role of the regulation of the ECM stiffness for epithelial cell morphogenesis and highlight a new mechanical aspect in the comprehension of developmental processes

Fibrose du tissu adipeux humain: relations avec l'élasticité du tissu, des changements de poids et les comorbiditiés de l'obésité.Contexte Le remodelage de la matrice extracellulaire (MEC), e.g. la fibrose, est une altération pathologique du tissu adipeux sous-cutané (TAsc) dans l'obésité. La fibrose du TAsc est associée aux troubles métaboliques et à la perte de poids à la chirurgie bariatrique (CB). Un outil non-invasif a été développé pour évaluer l'élasticité du TAsc (la VS) et son lien avec les comorbidités de l'obésité.Hypothèses 1) La VS associée aux troubles métaboliques prédit la perte de poids et les améliorations cardiométaboliques à la CB; 2) La VS est liée avec les collagènes et avec d'autres caractères du TAsc; 3) la VS change avec le remodelage de la MEC du TAsc durant la perte de poids; 4) le développement de l'outil évaluant la VS est utile dans la pratique clinique. Méthodes Une étude clinque a été réalisée chez plus de 100 obèses candidats à la CB, avec les mesures transcriptomique, histologique et secretomique in vitro et ex vivo pour évaluer des altérations du TAsc. La validation de l'outil a été aussi réalisée. Résultats 1) La VS est associée à la fibrose du TAsc, aux paramètres biocliniques, aux anomalies cardiométaboliques chez les obèses morbides; 2) La VS pré-CB prédit la perte de poids d'un an à la CB; 3) Le TAsc subit un remodelage majeur durant la perte de poids, en particulier une augmentation des collagènes qui est lié à une élévation de la dégradation des collagènes, à une diminution du pontage de la MEC, non à un changement détectable de la VS. Ces observations suggèrent une adaptation adéquate de la MEC du TAsc durant la perte de poids. Conlusion : L’exploration du remodelage du TAsc (e.g. la fibrose et la VS) est un intérêt principal dans cette maladie complexe. / Context Extracellular matrix (ECM) remodeling, e.g. fibrosis, is a hallmark pathological alteration of subcutaneous adipose tissue (scAT) in obesity. ScAT fibrosis associates with metabolic disorders and bariatric surgery (BS)-induced weight loss. ScAT fibrosis increases mechanical stress on adipocytes and induces fibro-inflammation. A non-invasive tool was recently developed to evaluate scAT stiffness, shear wave speed (SWS) and its link with obesity comorbidities. Hypotheses 1) SWS associates with metabolic disorders and predicts BS-induced weight loss and cardiometabolic improvements, 2) SWS is explained by collagen deposition and other structural features; 3) SWS changes with scAT ECM remodeling during weight loss; 4) developing a relevant tool to measure SWS is helpful in clinical practice.Methods We conducted a clinical study in more than 100 obese candidates for BS, combined with a series of in vitro and ex vivo transcriptomic, histological and secretomic measures of tissue alteration. Validation steps were realized to confirm the clinical use of the tool. Results 1) SWS associated with scAT fibrosis, various bioclinical parameters, cardiometabolic abnormalities at baseline in morbid obesity; 2) pre-BS SWS has a predictive role in one-year BS-induced weight loss; 3) scAT underwent major remodeling, particularly collagens accumulation, during BS-induced weight loss. This was related to increased collagen degradation, decreased cross-linking, but not with detectable change in SWS. These observations reflected an adequate ECM adaptation during fat mass loss. Conclusion Exploring scAT remodeling (e.g. fibrosis and stiffness) is of main interest in this complex disease.

L’angiogenèses par bourgeonnement est associée à une réorganisation majeure de la matrice extracellulaire (MEC). Nous avons déjà démontré que la lysyl oxydase-like 2 (LOXL2), une enzyme responsable du crosslinking de la MEC, régule la formation de vaisseaux intersomitiques dans les embryons de poisson zèbre et de capillaires en hydrogels 3D. Dans ce manuscrit, nous avons examiné les mécanismes impliqués dans cette régulation. Nous avons constaté l’association intracellulaire de LOXL2 avec la fibronectine et le collagène IV, avant d’être incorporée dans des structures fibrillaires dès l’exocytose. De plus, l’inhibition de l’expression de LOXL2 entraine des défauts de déposition de la MEC et diminue sa rigidité, inhibant secondairement la maturation des structures d'adhésion cellulaire. Alors que LOXL2 n‘est pas nécessaire pour la formation de capillaires dans un modèle 2D sur MEC de fibroblastes, les défauts de déposition de MEC sont corrélés à l'inhibition de formation des capillaires en hydrogel 3D. Ni l’addition de LOXL2 exogène, ni l’augmentation de la rigidité des hydrogels ne compense la perte d’expression de LOXL2. Enfin, nous avons pu montrer que ni l'activité catalytique ni le domaine catalytique de LOXL2 ne sont essentiels pour la formation de capillaire dans le poisson zèbre et dans les hydrogels et pour l’assemblage du collagène IV par des cellules endothéliales. L’ensemble de ces données suggère donc que les domaines SRCR de LOXL2 exprimés par des cellules endothéliales régulent l’échafaudage de fibronectine et de collagène IV dans la MEC qui est nécessaire à la formation de capillaires. / Sprouting angiogenesis is associated with major extracellular matrix (ECM) remodelling, consisting in both degradation of the microenvironment and generation of a new basement membrane. We have previously reported that lysyl oxidase-like 2 (LOXL2), an enzyme responsible for ECM crosslinking, regulates formation of intersomitic vessels (ISV) of zebrafish embryos and of capillaries in 3D hydrogels. In this manuscript we investigated the mechanisms involved. We found that LOXL2 associates with fibronectin and collagen IV intracellulary before direct incorporation in fibrillar structures of the ECM upon exocytosis. In addition, silencing LOXL2 demonstrated its involvement in ECM deposition as both composition and stiffness of the ECM were affected, which subsequently altered maturation of cell adhesion structures. Whereas LOXL2 is not required for formation of capillaries on top of a fibroblast monolayer, in a 2D assay, ECM defaults were associated with altered formation of capillaries in 3D hydrogels.Neither addition of exogenous LOXL2, nor increasing the stiffness of hydrogels could restore capillary formation. Moreover, we could show that neither the catalytic activity nor the catalytic domain were required for capillary formation in vivo and in 3D hydrogels, and for collagen IV deposition by endothelial cells. Altogether, these data suggest that the SRCR domains of LOXL2 expressed by endothelial cells regulate 3D capillary morphogenesis through scaffolding of fibronectin and collagen IV in the ECM.

Les co-produits sont les parties non utilisées et récupérables lors des opérations de transformation du poisson, comme les têtes, les peaux, les os ou la pulpe. L’industrie de transformation du saumon Atlantique d’élevage (Salmo salar) génère environ 50% de co-produits qui constituent une source de protéines de haute qualité. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet Pesk&Co, qui réunit quatre partenaires industriels (Meralliance-Thai Union, Yslab, SPF-DIANA, AGH-Socofag) et un partenaire académique (LEMAR UMR 6539, UBO) dans le but d’extraire et de caractériser des ingrédients à haute valeur ajoutée issus des co-produits de saumon Atlantique d’élevage (Salmo salar). Le premier objectif de la thèse visait à développer un procédé d’extraction du collagène à partir des peaux de saumon par la mise en place d'un procédé non conventionnel au LEMAR, puis développé au stade pilote et enfin industriel. Le collagène obtenu a été caractérisé par différentes méthodes analytiques (SEC-FPLC, SDS-PAGE, FTIR, rhéologie, microscopie). Ensuite, des essais de réticulation du collagène par voie enzymatique avec une transglutaminase microbienne ont conduit à l’obtention d’un hydrogel. Le deuxième objectif de ce travail a porté sur l’hydrolyse en conditions contrôlées des têtes de saumon pour générer des peptides fonctionnels pour l’aquaculture. Deux protocoles d’hydrolyse enzymatique ont été développés et transposés à l’échelle pilote. Les hydrolysats ont été incorporés dans des aliments aquacoles afin d’être testés sur des larves de bar (Dicentrarchus labrax). Les deux ingrédients développés au cours de ce travail ont pour vocation future d'être commercialisés, et différents marchés et applications sont visés. / By-products are the not used parts and recoverable in the fish processing operations, such as heads, skins, bones or pulp. The processing industry of farmed Atlantic salmon (Salmo salar) generates about 50% of co-products, which are a source of high quality protein. This work is part of Pesk&Co project, which gather four industrial partners (Meralliance-Thai Union Yslab, SPF-DIANA, AGH-SOCOFAG) and one academic partner (LEMAR UMR 6539, UBO) in order to extract and characterize high value ingredients from farmed Atlantic salmon by-products (Salmo salar). The first aim of the thesis was to develop a method for extracting collagen from salmon skins by the setting up of a non-conventional process at LEMAR and finally developed it at pilot and industrial scale. The collagen obtained was characterized by different analytical methods (FPLC-SEC, SDS-PAGE, FTIR, rheology, microscopy). Then, enzymatic cross-linking assays of collagen with a microbial transglutaminase led to obtain a collagen hydrogel. The second objective of this work was focused on the hydrolysis under controlled conditions of salmon heads to generate functional peptides for aquaculture. Two enzymatic hydrolysis protocols have been developed and transferred at pilot scale. The hydrolysates were incorporated into diets to be tested on bass larvae (Dicentrarchus labrax). Both ingredients developed during this work have for future use to be commercialized and different markets and applications are targeted.

L'adénocarcinome canalaire pancréatique (ADKp) possède une architecture compacte, où les cellules tumorales forment des glandes emprisonnées dans un bouclier fibrotique, composé à 50% de collagènes. Ce bouclier empêche la vascularisation, limite l'apport en nutriments et oxygène. Beaucoup de cellules meurent, mais certaines survivent, en reprogrammant en particulier leur métabolisme. Ula plus étudiée est l'utilisation constitutive de la glycolyse, indépendamment de la présence d'oxygène (Effet Warburg). Nous montrons que la population hypoxique de l'ADKp dépend aussi de la dégradation de la glutamine, et que l'activité concomitante de la glycolyse et de la glutaminolyse entraîne la réactivation de la biosynthèse des hexosamines. Ces composés participent à la prolifération tumorale en stabilisant les transporteurs au glucose, ou des oncogènes. L'activité glycolytique intense des cellules hypoxiques permet la synthèse de lactate qui sert de ressource nutritive aux cellules oxygénées adjacentes aux cellules hypoxiques. Nous montrons que certaines cellules oxygénées sont capables de survivre au stress nutritif en dégradant le collagène (écophagie), en utilisant la proline qu'il contient. Les cellules tumorales captent et dégradent les fragments de collagènes pour survivre. Des traçages isotopiques de collagène marqué permettent d'appuyer que la proline internalisée provient du collagène matriciel. Cette proline est transformée en glutamate et fournit le cycle de Krebs pour favoriser la survie tumorale. Ces travaux montrent l'importance de l'étude de la reprogrammation métabolique dans l'ADKp, et le rôle de l'hypoxie ou du collagène dans la progression tumorale. / Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) has a compact architecture wherein the tumor cells are organized in glands and trapped in a fibrotic shield (stroma) made of up to 50% of collagen. This shield prevents blood supply, limits nutrients and oxygen intake. Many cells die, but some survive, and proliferate particularly by reprogramming their metabolism. The most studied metabolic reprogramming remains tumor cells addiction to glucose and the constitutive use of glycolysis, regardless of the presence of oxygen (Warburg effect). We show that the hypoxic population of PDAC also depends on glutamine degradation, and the concomitant activity of both glycolysis and glutaminolysis reactivates the hexosamine biosynthetic pathway. These compounds contribute to tumor proliferation by stabilizing glucose transporters, or oncogenes. The intense glycolytic activity of hypoxic cells allows the synthesis of lactate. Excreted in the microenvironment, it serves as a nutritive resource to oxygenic cells adjacent to the hypoxic population and enables their proliferation. We show that some oxygenated cells are also able to survive under nutrient stress by degrading collagen (ecophagy) and use proline it contains. Tumor cells intake and degrade collagen fragments to survive. Isotopic tracer experiments using labeled collagen support the idea that proline comes from the extracellular collagen. This proline is degraded and converted into glutamate, fueling the Krebs cycle for anaplerosis and promotes tumor survival. These studies therefore show the importance to study the metabolic reprogramming of PDAC, and the role of hypoxia or collagen matrix in tumor progression.

Les muscles sont des structures très organisées qui nous permettent d’effectuer un grand nombre de fonctions. Ils sont constitués de cellules musculaires mais aussi de tissus conjonctifs qui comprennent à la fois des cellules et la matrice extracellulaire. Les interactions entre les cellules musculaires et le tissu conjonctif sont cruciales pour la physiologie du muscle. Le collagène VI (COLVI) est une molécule hétérotrimérique ubiquitaire située dans les tissus conjonctifs, qui est impliquée dans un grand nombre de processus biologiques. Les trimères de COLVI sont composés de 2 chaines dites “courtes” et d’une chaine “longue”. Chez les mammifères, il existe à ce jour, 6 chaines COLVI (deux courtes (α1-2(VI) et 4 chaines longues (α3-6(VI)). Peu de choses sont encore connues à propos de l’assemblage des chaines les plus récemment décrites α4-6(VI) avec les chaines courtes ainsi qu’une la potentielle compensation entre les différentes chaines longues. De plus, chez l’homme, un déficit en α1-3(VI) du fait de mutations dans les gènes correspondants COL6A1-3 conduit à un spectre de maladies neuromusculaires appelées myopathies liées au COLVI. Pendant ma thèse, je me suis intéressée au COLVI durant le développement du poisson-zèbre, un modèle pertinent pour l’étude de maladies neuromusculaires. Dans la première partie de mon travail, j’ai identifié 2 orthologues des chaines α4-6(VI) chez le poisson-zèbre grâce à des études bio-informatiques. Du fait de leur plus grande homologie avec la chaine α4(VI) murine, nous les avons nommés col6a4a et col6a4b. Pour mieux comprendre les rôles des protéines correspondantes, j’ai créé des embryons de poissons-zèbres déficients en COLVI en utilisant l’approche transitoire par oligo morpholino antisens (MOs). Nous avons dessiné des MOs ciblant des sites d’épissage des pré-messagers col6a2, col6a4a et col6a4b, provoquant un saut d’exon et conduisant à un stop prématuré (PTC). J’ai observé une forte diminution des transcrits ciblés. Tous les embryons injectés (morphants) ont présenté des phénotypes morphologiques macroscopiques qui ont conduit à des défauts fonctionnels. Ces phénotypes ont été confirmés au niveau ultra-structural par microscopie électronique. Toutefois, l’analyse de la croissance des motoneurones a permis de mettre en évidence des différences entre ces morphants. Par la suite, j’ai voulu créer deux types de lignées transgéniques, pour pouvoir à la fois étudier le déficit en COLVI à plus long terme (grâce à l’utilisation de Zinc Finger Nucleases) et tester des approches de cribles pharmacologiques (lignée transgénique col6a2 contenant un PTC, fusionné à la GFP). J’ai effectué les clonages nécessaires à l’obtention des différentes constructions, et ces dernières ont été testées in vitro pour validation, lorsque cela était possible. Malheureusement, du fait des forts taux de mortalité in vivo dans les deux cas, nous avons dû nous résoudre à arrêter ces projets. En parallèle, ma connaissance du modèle poisson-zèbre m’a donné l’opportunité, dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe de Denis Furling, d’aborder une autre problématique. Ce groupe, qui travaille sur la Dystrophie Myotonique de type 1 (DM1), s’est intéressé à la réexpression d’une isoforme fœtale de la dystrophine retrouvée chez les patients DM1 et à sa possible implication dans la pathologie. L’isoforme fœtale diffère de la forme adulte notamment par l’exclusion de l’exon 78, conduisant à un changement de cadre de lecture et un changement dans la partie 3’ de l’ARN de la dystrophine. Nous avons montré que le maintien de l’isoforme fœtale de la dystrophine était délétère pendant le développement du poisson-zèbre, puisque ces embryons ont présenté un phénotype macroscopique dépendant de la dose de MO injectée ainsi que des troubles de la mobilité. / Muscles are highly organized structures that allow us to perform many functions. They are made from muscular cells but also surrounding tissues that comprise both cells and extracellular matrix. The interactions between them are crucial for the muscle physiology. Collagen VI (COLVI) is a heterotrimeric protein, ubiquitously expressed in connective tissues. It plays multiple biological roles in the maintenance of structural integrity, cellular adhesion, migration and survival. COLVI trimers are formed by the assembly of 2 “short” chains and 1 “long” chain. To date, six COLVI chains are recognized in mammalians with 2 short (α1-2(VI)) and 3 long (α3-6(VI)) chains. Little is known regarding the possible assembly of the newly characterized α4-6(VI) polypeptides with the short chains, and a putative functional compensation between the different long chains. Furthermore, in humans, deficiency in α1-3(VI) due to mutations in the COL6A1-3 genes causes a heterogeneous group of neuromuscular disorders collectively termed COLVI-myopathies. During my Ph.D, I got interested in COLVI during the development of zebrafish, a relevant model of neuromuscular disorders. In the first part of my work, I identified 2 orthologs of the α4-6(VI) chains in zebrafish thanks to bio-informatics studies. In light of their stronger homology with the mammalian α4(VI) chain, we named the genes encoding the novel chains col6a4a and col6a4b. To further unveil the roles of the corresponding proteins, we created COLVI deficient zebrafish embryos using a morpholino antisense oligonucleotides approach (MO) . We chose to design MOs that block splicing of col6a2, col6a4a and col6a4b, thereby creating premature termination codons. As expected, the targeted transcripts levels were drastically reduced, likely due to degradation by the nonsense mediated RNA decay. All morphant embryos presented macroscopic and morphologic phenotypes that overall resulted in functional muscle defects: altered muscle structure detected by birefringence analysis and impaired motility upon touch-evoked escape test. These alterations were confirmed at the ultra-structural level by electron microscopy. Nevertheless, some phenotypical specificities were uncovered between the different col6a2, col6a4a and col6a4b morphants, with the discovery of axon outgrowth defects. In a second part, we wanted to create stable zebrafish lines to study COLVI deficiency at later stages using Zinc Finger Nucleases (ZFN) and to be able to carry out pharmacological screenings with a transgenic line containing col6a2 with a premature codon (PTC) fused to the GFP. I performed clonings to obtain the different constructs. When possible, constructs were tested in vitro. Unfortunately, due to high mortality in vivo in both cases, we had to interrupt these projects. In parallel, my knowledge of the zebrafish model gave me the opportunity to be part of another project, in collaboration with the team of Denis Furling...