Les myopathies sont une maladie rare qui entraine une déficience musculaire. Il apparait que la plupart des myopathies présentent une modification dans la biodistribution et la concentration des collagènes. Le diagnostic actuel de ces maladies repose sur l’étude de protéines déficientes par des outils de biologie moléculaire dont les résultats sont incertains. Nous proposons de développer la spectro-imagerie IRTF pour différencier les cinq principaux types de collagène dans le tissu conjonctif musculaire. Pour cela, nous avons appliqué deux méthodes : la déconvolution spectrale de l’amide I et la détermination des coefficients d’extinction anisotropes des fibres. Nous avons ensuite mis au point une matrice synthétique mimant la composition moléculaire d’un tissu musculaire squelettique d’un muscle de bœuf. Cette matrice a pour but de calibrer la spectro-imagerie IRTF et de quantifier à moyen terme les collagènes dans les tissus. / Myopathies are a rare disease which leads a muscular deficiency. It seems that most of the myopathies present a modification in the biodistribution and in the concentration of collagens. The current diagnosis of these diseases is based on the study of deficient proteins by molecular biology techniques whose the results are uncertain. We suggest developing the spectro-imaging IRTF to differentiate five main types of collagen in the muscular connective tissue. For that, we applied two methods: the spectral déconvolution of the amide I and the determination of the anisotropic extinction coefficient of the fibers. Then, we have set up a synthetic matrix miming the molecular composition of a squeletic muscular tissue of beef muscle. This matrix aims at calibrating the spectro-imaging IRTTF and at quantifying in the medium term the collagen in tissues.

Le gliome est le type le plus agressif et mortel de tumeur cérébrale. Ces tumeurs se caractérisent par la présence conjointe de phénotypes solides (de bas grade, moins invasif, hautement vascularisé) et diffus (haut grade, très envahissant et diffus) des glioblastomes multiformes. Les collagènes sont des composants majeurs de la MEC des cellules tumorales des gliomes, et sont également présents dans la membrane basale des vaisseaux sanguins, mais avec une composition différente entre vasculatures saine et tumorale. L'abondance et la typologie des collagènes dans la MEC des cellules tumorales et la vasculature représentent donc un marqueur potentiel de diagnostic pour la gradation des tumeurs gliales. Nous avons développé la spectro-imagerie infrarouge à transformée de Fourier pour déterminer les modifications morphologiques et moléculaires apparaissant dans les formes solides et diffuses de gliomes, ainsi que dans les vasculatures saine et tumorale. Nous avons d'abord mis en évidence les vasculatures saine et tumorale en utilisant des nanoparticules injectées dans le système sanguin. Ensuite, nous avons appliqué des méthodes de reconstruction spectrale pour distinguer les tissus sains vs. ceux des formes solide et diffuse de tumeurs sur la base de leurs contenus en collagène de la MEC. Enfin, nous avons déterminé les changements de types du collagène au cours de la progression tumorale, validant ainsi la notion que l’analyse de ces contenus est potentiellement un marqueur diagnostic pour la gradation des gliomes. / The glioma is the most aggressive and lethal type of brain tumor. Such tumor is characterized both by solid (low grade, less invasive, highly vascularized) and diffuse (high grade, very invasive and diffuse) phenotypes in high-grades. Collagens are major components of ECM in glioma tumor cells, and are also present in basement membrane of blood vessels in vasculature, but with different composition between healthy and tumor capillaries. The abundance and typology of collagens in tumor cell ECM and vasculature is thus a potential diagnostic marker for grading glioma tumors. We developed Fourier transform infrared (FTIR) spectro-imaging as a functional technique to determine the morphological and molecular changes occurring in solid and diffuse form of tumor tissues as well as in healthy and tumor vasculatures. We first highlighted healthy and tumor vasculatures using nanoparticles injected in blood system. Then, we applied curve-fitting methods to distinguish between healthy tissue vs. solid and diffuse tumor tissues on the basis of the collagen contents found in ECM. Finally, we determined collagen typology changes during tumor progression, thus validating that collagen contents analysis is potentially a diagnostic marker for glioma grading.

Les pathologies valvulaires aortiques sont des pathologies plurifactorielles, comportant un déterminisme génétique indiscutable mais peu caractérisé. Ma thèse a pour but d’étudier le rôle du facteur de transcription Krox20 au cours du développement et de la maturation valvulaire à travers l’analyse de modèles murins. Nous avons montré que ce gène est nécessaire au développement et à la maturation de la valve aortique. L’invalidation de Krox20 chez la souris conduit à une hypertrophie des feuillets aortiques dès les stades fœtaux et à des insuffisances aortiques chez l’adulte. Ces anomalies sont associées à des défauts d’organisation de la matrice extracellulaire en partie liée à une régulation directe de l’expression des collagènes de type I et III. 25% des souris déficientes pour Krox20 présentent une bicuspidie de la valve aortique. Nous avons observé une diminution de l’expression de eNos chez ces mutants et pu mettre en évidence une interaction génétique entre Krox20 et eNos. De plus, nous avons identifié une sous population de cellules des crêtes neurales cardiaques impliquées dans l’apparition de la bicuspidie chez les mutants Krox20. Afin d’explorer le rôle de Krox20 dans la calcification de la valve aortique, nous avons étudié les conséquences de la surexpression de ce gène dans un modèle et montré que lcela induisait une activation de gènes pro-fibrotiques et pro-ostéogénique sans conduire à des dépôts calciques. Krox20 est donc un facteur de transcription important pour la valvulogenèse et à l’homéostasie valvulaire chez l’adulte. Mes travaux ont contribué à l’identification de Krox20 comme gène candidat potentiel aux valvulopathies rencontrées chez l’homme. / Long seen as a consequence of aging and mechanical wear of aortic cusps, aortic valve diseases are currently considered multifactorial diseases, with an indisputable genetic determinism but not well characterized. My thesis aims to study the role of the transcription factor Krox20 during development and maturation of the valve through the analysis of mouse models. We have shown that this gene is necessary for the development and maturation of the aortic valve. Indeed, the deletion of Krox20 in the mouse leads to thickened aortic leaflets from the fetal stage and the onset of aortic valve disease in adults. These anomalies are associated with defects in the organization of the extracellular matrix and more particularly to direct regulsation of collagen type I and type III expression. Our analysis showed that 25% Krox20-/- mice have a bicuspid aortic valve. The analysis of this model has allowed us to identify a population of cardiac neural crest cells involved in the occurrence of this phenotype. In addition, we were able to observe a down regulation of eNos in Krox20-/- embryos and show a genetic interaction between Krox20 and eNos. To address the role of Krox20 in the process of calcification of the aortic valve, we have studied the effects of its overexpression. Our preliminary results indicate that this overexpression leads to activation of pro-fibrotic and pro-osteogenic genes, however, this is not sufficient to induce calcification of aortic valve leaflets.Therefore Krox20 is important for valvulogenesis but also for valvular homeostasis in the adult. My work has contributed to the identification of a potential candidate gene involved in human valve diseases.

La Bone Morphogenetic Protein-1 (BMP-1) est une métalloprotéase impliquée dans la maturation et l'activation de nombreuses molécules extracellulaires. Parmi celles-ci, on trouve notamment les collagènes fibrillaires, les protéines les plus abondante chez l'Homme, ainsi que les facteurs de croissance de la superfamille du TGF-ß, des protéines pléiotropes. Au travers de ses fonctions, BMP-1 joue un rôle crucial au cours du développement embryonnaire mais également durant les processus physiologiques et pathologiques de remodelage tissulaire (cicatrisation, fibroses, croissance osseuse, cancers...).Le projet présenté dans ce manuscrit a consisté à étudier plusieurs fonctions importantes de BMP-1 au niveau moléculaire et à caractériser les conséquences de ces activités au niveau de plusieurs types cellulaires.Dans un premier temps, un test quantitatif a été mis au point afin de pouvoir étudier en temps réel l'effet de BMP-1 sur les collagènes fibrillaires ainsi que les mécanismes de sa régulation. Par la suite, de nouveaux substrats de BMP-1 ont été mis en évidence, parmi lesquels des co-récepteurs du TGF-ß (Bétaglycan, CD109) ainsi qu'une protéine matricellulaire (TSP-1). L'étude de ces activités a permis de caractériser les multiples voies par lesquelles BMP-1 est capable de réguler l'activité du facteur de croissance TGF-ß.De plus, nous avons mis en évidence que le clivage de ces différents substrats entraine une modulation importante du phénotype de plusieurs lignées cellulaires (HT1080, HEK-293T) avec des effets au niveau de l'adhésion, la prolifération et la migration cellulaire. En conclusion, ce travail révèle que les activités de BMP-1 s'étendent bien au-delà de ce qui est actuellement décrit / Bone Morphogenetic Protein (BMP-1) is a metalloprotease known to be involved in the maturation and activation of several important extracellular proteins, including fibrillar collagens and growth factors of the TGF-beta superfamily. As a consequence, it is essential for embryonic development and tissue remodeling and has been clearly involved in lethal diseases such as fibrosis and cancer.This thesis project focused on the major molecular functions of BMP-1 and their implications for the phenotype of several cell types. First, a quantitative and real-time assay was developed to study the effect of BMP-1 and associated regulatory proteins on fibrillar collagens. Then, new BMP-1 substrates, such as TGF-ß co-receptors (Betaglycan and CD109) and matricellular proteins (TSP-1) were characterized in detail. Especially, we evidenced that these activities played a major role in the regulation of the TGF-ß pathway.Furthermore, we shown that these BMP-1 activities induce major phenotype changes (adhesion, proliferation, migration) in several cell lines including HT1080 and HEK-293T. Altogether, this work reveals that BMP-1 substrates extend far beyond what is presently described and open several perspectives for future studies

La maturation des collagènes fibrillaires est régulée par la libération protéolytique des propeptides qui conduit à la formation spontanée de fibres, à partir des molécules de collagène mature. Les fibres de collagène ainsi formées confèrent résistance et solidité aux tissus. Les métalloprotéases Tolloïdes sont les principales enzymes responsables de la maturation C-terminale des procollagènes. Ces protéases possèdent de nombreux autres substrats et se distinguent par un mode de régulation original, l’utilisation de régulateurs « substrats-spécifiques », qui leur permet de moduler leur activité vis-à-vis de ces différents substrats. Parmi ces régulateurs, les Procollagen C-Proteinase Enhancers (PCPE-1 et 2) semblent jouer un rôle important car ils augmentent l’activité de clivage du C-propeptide des procollagènes jusqu’à 20 fois. Même si PCPE-1 a été découvert en 1985, son mode d’action n’est toujours pas compris. Le principal objectif de cette thèse était donc de mieux comprendre le mécanisme de l’activation. Nous avons commencé par identifier la région minimale de PCPE-1 capable d’activer les Tolloïdes et démontré une très forte coopérativité entre les domaines de cette région. Par ailleurs, nous avons mis en évidence, pour la première fois, un nouveau rôle physiologique pour le domaine C-terminal de PCPE-1 (NTR). Concernant les autres partenaires du complexe de maturation, nous avons observé une interaction d’affinité modérée entre PCPE-1 et la protéase Tolloïde appelée BMP-1 et montré que PCPE-1 se fixe uniquement sur la partie C-terminale du procollagène. Enfin, nous avons mis en évidence que d’autres métalloprotéases, les Méprines, pourraient également jouer un rôle dans la maturation de collagènes fibrillaires en étant régulées négativement par les PCPEs. L’ensemble de ces résultats nous a permis de proposer un nouveau schéma d’interaction pour les PCPEs et de faire de nouvelles hypothèses concernant leur mécanisme d’action / The maturation of fibrillar collagens is a tightly regulated process controlled by two proteolytic cleavages that remove the propeptide regions from procollagen precursors leading to spontaneous assembly of mature collagen molecules into fibrils. These fibrils provide tensile strength and toughness to connective tissues and consequently to the organism itself. The group of extracellular metalloproteinases mostly responsible for procollagen processing are the tolloids. As these enzymes have several functions other than procollagen processing, their activities on different substrates are controlled by a growing number of substrate-specific regulators. The most prominent of these regulators are the procollagen C-proteinase enhancers (PCPEs), of which PCPE-1 is a 55 kDa glycoprotein composed of two CUB and a C-terminal NTR domain, which is capable of enhancing the proteolytic activity of tolloids up to 20-fold. Even though PCPE-1 has been known since 1985 the molecular mechanism of enhancement is still unclear. The aim of this thesis was to understand and characterize this mechanism with the aid of biochemical and biophysical methods. We have identified the minimal unit responsible for enhancing activity. In addition, we propose a mechanism for how the subdomains responsible for enhancement cooperatively bind to procollagen substrates. Furthermore, we have for the first time been able to identify a possible physiological function of the NTR domain. Also, we have identified meprins as new players involved in procollagen processing and this has given valuable insights in the mechanism of action of PCPEs. Finally, we have been able to demonstrate that the interaction of PCPE-1 with procollagen is mostly limited to the C-propeptide region. Based on these findings we propose a new hypothetical interaction mechanism for PCPE-1