Tout épithélium glandulaire sécrétoire est constitué d'une unité structurale et fonctionnelle commune, l'acinus. C'est une architecture sphérique pluricellulaire parfaitement différentiée et polarisée qui, reconstruite en culture 3D, mime l'organisation réelle du tissu. Etudier les déterminants environnementaux et génétiques qui gouvernent la transformation d'un acinus en sphéroïde s'apparentant à une tumeur est l'un des enjeux majeurs des modèles in vitro. Un des défis actuels est d'adapter ces modèles in vitro à des conditions de culture 3D qui soient compatibles avec la réalisation de cribles génétiques en 3D, basés par exemple sur l'ARN interférence (RNAi). Cependant, les formats standards de culture 3D et les méthodes analytiques ne sont pas compatibles aux cribles haut-débit. Ils ne permettent pas de contrôler la taille et la distribution des acini, sont dépendants d'immuno-marquages et les acquisitions sont longues. Par ailleurs, la microscopie confocale et vidéomicroscopie offrent un champ d'observation restreint qui ne permet pas d'observer un grand nombre de structures 3D en même temps, pour permettre une analyse statistique. Ainsi, dans le but i) de développer des modèles cellulaires appropriés en 3D, ii) d'adresser des questions fondamentales relatives au cancer de la prostate et iii) de réaliser des cribles RNAi dans un contexte plus pertinent que la culture 2D, j'ai développé des outils innovants au format microsystèmes adaptés à l'analyse haut-débit d'un grand nombre d'objets 3D. En optimisant les conditions de culture cellulaire 3D sur le modèle de la lignée cellulaire RWPE1, j'ai pu récapituler les étapes de formation des acini prostatiques et montrer que la formation du lumen est indépendante de la polarité et est gouvernée par deux mécanismes, « hollowing » et cavitation. / In all secretory epithelia from glandular tissues, there is a common structural and functional unit, the acinus. It is a well polarized and organized pluricellular structure that is spontaneously reconstructed in 3D culture, therefore closely mimics the real structure we find in vivo. For my purpose, acini are used as models for tumor initiation and cancer development. One of the objectives of Biomics laboratory is to identify the genetic and microenvironmental determinants of prostate acini morphogenesis and polarity. The strategy is based on High-Throughput (HT) RNA interference (RNAi)-based screening. To meet this objective, my project was to develop appropriate 3D cell models which closely mimic the cyst-like and duct-like structure of prostate. By optimizing conventional 3D culture in Matrigel, I could recapitulate prostate acini morphogenesis and showed that lumen formation is independent to the polarity, which appears later. However, the conventional 3D cell culture formats and analytical tools are not suited for HT Screening (HTS). They lack control over acini size, are label-dependant and therefore time-consuming and labor intensive. Also, classical microscopy offers a very limited field of view and hence does not allow observing a large amount of 3D structures for statistical analysis.

La niche des cellules souches hématopoïétiques représente un compartiment complexe et radiosensible. Sa protection est nécessaire pour la restauration de l'hématopoïèse faisant suite à la myélosuppression due à l'exposition aux rayonnements ionisants. Nous avons dans un premier temps étudié l'effet des RI sur les progéniteurs endothéliaux et mésenchymateux de la niche par une étude de radiosensiblilité et une étude d'évaluation de la mort cellulaire. Nous avons proposé par la suite une stratégie innovante de thérapie génique basée sur la sécrétion locale et à court terme du morphogène Sonic hedgehog visant à favoriser la réparation de niche vasculaire et de stimuler les cellules souches hématopoïétiques et les cellules progénitrices résiduelles. Nous avons étudié la réponse hématopoïétique des singes irradiés à 8-Gy gamma après une seule injection intra-osseuse de cellules souches mésenchymateuses xénogéniques, multipotentes et d'origine adipocytaire transfectées avec un plasmide pIRES2-eGFP codant la protéine Shh. La durée de thrombocytopénie et celle de neutropénie ont été significativement réduites chez les animaux greffés et les clonogènes sont normalisés à partir du 42e jour. Les aires sous la courbe des numération des plaquettes et des neutrophiles entre 0 et 30 jours ont été significativement plus élevée chez les animaux traités que chez les témoins. La greffe d'explants de MatrigelTM colonisés ou non avec des ASC chez des souris immunodéprimées a démontré une activité pro-angiogénique notable des ASC transfectées avec le plasmide Shh . Le suivi à long terme (180 à 300 jours) a confirmé une reconstitution durable dans les quatre singes greffés. Globalement cette étude suggère que la greffe de cellules souches multipotentes Shh-peut représenter une nouvelle stratégie pour la prise en charge des dommages radio-induits de la niche. / The hematopoietic stem cell niche represents a complex radiosensitive compartment whose protection is required for recovery from radiation-induced myelosuppression. We initially studied RI effects on endothelial and mesenchymal progenitors by an evaluating radiosensitivity and cell death. Then, we have proposed a new gene therapy strategy based on local and short term secretion of Sonic hedgehog morphogene to favour vascular niche repair and to stimulate residual hematopoietic stem and progenitor cells. We investigated the hematopoietic response of 8-Gy gamma irradiated monkeys to a single intra-osseous injection of xenogeneic multipotent mesenchymal stem cells transduced with a Shh pIRES2 plasmid. Thrombocytopenia and neutropenia duration were significantly reduced in grafted animals and clonogenics normalized from day 42. Areas under the curve of PLTs and ANCs between day 0 and day 30 were significantly higher in treated animals than in controls. Grafting MatrigelTM colonized or not with ASC in immunocompromized mice demonstrated a notable pro-angiogenic activity for Shh-ASC. Long term follow up (180-300 days) confirmed a durable recovery in the four grafted monkeys. Globally this study suggests that grafting Shh-multipotent stem cells may represent a new strategy to cure radiation-induced niche damage.

Un vidéomicroscope permettant un suivi en temps réel, crucial en biologie cellulaire, est souvent cher et encombrant. Mon projet de thèse vise à développer un vidéomicroscope miniaturisé. L'objectif est de permettre, à terme, une meilleure parallélisation des expériences, mais également de favoriser une intégration avec d'autres capteurs, en l'envisageant comme un élément d'un laboratoire sur puce. La voie de miniaturisation choisie est de supprimer les objectifs de grossissement pour observer les objets directement sur la surface sensible d'un capteur d'image selon un mode appelé « imagerie de contact ». Pour cela, les différents éléments du microsystème ont été choisis et conditionnés pour protéger l'électronique du capteur vis-à-vis des milieux de culture aqueux, et assurer des conditions physiologiques aux cellules d'intérêt. Puis, l'observation des cellules a été optimisée en référence aux images fournies par des microscopes classiques. Le suivi en temps réel d'événements cellulaires (mitose, motilité, apoptose,...) à l'aide de notre prototype a ensuite été démontré. Enfin, les différents composants du système optique ont été caractérisés dans le but de mieux comprendre le mécanisme de formation de l'image et de l'optimiser. La résolution de notre microsystème (11,2 µm) donne accès à la morphologie cellulaire : celle-ci est potentiellement améliorable en utilisant des pixels de plus petite taille. Une perspective intéressante pour la biologie cellulaire serait de pouvoir détecter des phénomènes luminescent ou fluorescent.

Les nanoparticules de dioxyde de titane sont aujourd’hui utilisées dans denombreux domaines. Elles entrent notamment dans la constitution de produits d’usagecourant comme les peintures ou certains produits cosmétiques (crèmes solaires). La taillenanométrique leur confère une réactivité accrue ce qui soulève des inquiétudes sur leurpossible toxicité. Des nanoparticules de morphologies contrôlées ont été synthétisées etcaractérisées. Elles ont ensuite été introduites dans le milieu de cellules humaines enculture afin d’observer les interactions in vitro et identifier les raisons de cette toxicité.L’étude a ensuite été étendue à l’in vivo avec un organisme pluricellulaire : le nématodeCaenorhabditis elegans (C. elegans).Les recherches ont été focalisées sur la détection, la localisation et la quantification desnanoparticules à l’échelle de la cellule unique puis dans les nématodes. Les différentesnanoparticules synthétisées ont permis d’identifier les propriétés physico-chimiquessusceptibles d’influer sur la toxicité. Les techniques d’analyse par faisceau d’ions ont permisde visualiser voire même de quantifier ces nano-objets à l’échelle de la cellule unique. / Titanium dioxide nanoparticles are nowadays used in numerous domains. Theyenter in particular in the constitution of every day’s products such as paints or cosmetics(sun screen). The nanometer scale gives them a high reactivity which raises worries abouttheir possible toxicity. Nanoparticles with controlled morphologies were synthesized andcharacterized. They were then introduced in the medium of human cells in cultivation inorder to observe in vitro interactions and identify the reasons of this toxicity. The study wasthen extended to in vivo with a multi-cellular specimen: the nematode Caenorhabditiselegans (C. elegans).Researches have been focalized on detection, tracking and quantification of nanoparticles atthe scale of single-cells and then in nematodes. The different kinds of synthesizednanoparticles allowed identifying the physico-chemical properties involved in their toxicity.Ion beam analyses were conducted in order to visualize and in some case quantify thisnano-objects at the single cell-scale.

Le rétrécissement aortique calcifie (RAC) est la valvulopathie la plus fréquente dans les pays occidentaux et touche environ 2% des sujets de plus de 65 ans. Initialement considérée comme une dégénérescence passive de la valve aortique liée à l’âge, le RAC est actuellement considéré comme une pathologie complexe et hautement régulée et qui aboutit à un épaississement et à une calcification des feuillets valvulaires aortiques. A ce jour les mécanismes initiateurs et favorisant la progression du RAC ne sont pas complètement élucidés, et d’autre part, aucun traitement ne s’est avéré efficace pour ralentir ou stopper son évolution. Le remplacement valvulaire aortique (chirurgical ou percutané) reste le seul traitement en cas de rétrécissement aortique serré. D’autre part, il n’existe aucun modèle animal fiable et reproductible du RAC permettant de mieux comprendre la physiopathologie de cette valvulopathie et de tester de nouvelles cibles thérapeutiques. Dans le laboratoire, nous avons fait l’hypothèse que la dysfonction de l’endothélium valvulaire jouait un rôle important dans l’initiation et la progression du RAC, et nous souhaitons utiliser un modèle animal permettant d’évaluer l’effet de nouvelles thérapeutiques. Ce travail porte donc sur l’évaluation du rôle du système endothélinergique dans la sténose aortique calcifiée et le développement d’un nouveau modèle animal murin de RAC. Dans notre première étude, nous nous sommes intéressés au modèle de souris EgfrWa2/Wa2. Ce modèle est induit par la substitution du résidu amine glycine par une valine. Les souris EgfrWa2/Wa2 homozygotes pour la mutation voient leur activité tyrosine kinase diminuée de 90%. Ce modèle induit un épaississement fibreux des feuillets valvulaires avec peu de calcifications. Cependant, l’augmentation du flux transaortique n’est pas liée a un RAC mais a une insuffisance aortique (IA). Nous avons évalué dans ce modèle l’effet d’un régime enrichi en graisse et d’une supplémentation en vitamine D3. Malgré une augmentation des taux sériquesdu cholestérol, de la vitamine D3 et de la calcémie, nous n’avons pas observé d’augmentation de la calcification. Le modèle EgfrWa2/Wa2 reste essentiellement un modèle d’IA avec le développement d’un RAC qui reste rare ou absent. Dans notre seconde étude, nous avons évalué le rôle du système endothélinergique dans des cultures primaires de cellules valvulaires interstitielles (hVICs) et endothéliales (hVECs) humaines, prélevées lors d’un remplacement valvulaire aortique chirurgical chez des patients ayant un RAC serré. Les valves de patients traités par une intervention de Bentall ont été utilisées comme groupe contrôle. Nous avons tout d’abord observé, par RT-PCR quantitative, que les hVECs issues de valves sténosées présentaient une augmentation non significative de l’ARNm codant pour l’endothéline et une augmentation significative de l’ARNm codant pour le récepteur ET-B, ainsi qu’une diminution significative de l’enzyme de conversion de l’endothéline dans les hVECs par rapport aux hVECs issues de valves contrôles. Le récepteur ET-B était également surexprimé dans les hVICs par rapport aux valves contrôles. En revanche, nous n’avons pas retrouvé de variation d’expression du récepteur ET-A dans les hVICs. Nous avons ensuite évalué l’effet de l’endotheline-1 (ET-1) dans les hVICs. Nous avons retrouvé que les hVICs calcifient lorsqu’elles sont en présence d’ET-1. Ces données suggèrent une implication du système endothélinergique dans la calcification valvulaire aortique. Des études complémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre son implication, notamment en évaluant l’effet d’antagoniste des récepteurs de l’endothéline dans des cultures de hVICs puis dans un modèle animal fiable mimant cette pathologie. / Aortic stenosis (AS) is the most common valvulopathy in Western countries and affects approximately 2% of subjects over 65 years of age. Originally considered a passive age-related degeneration of the aortic valve, AS is currently considered a complex and highly regulated pathology that results in thickening and calcification of aortic valve leaflets. To date the mechanisms initiating and promoting the progression of AS are not completely understood and secondly, no treatment has been effective to slow or stop its evolution. Aortic valve replacement (surgical or percutaneous) remains the only treatment for severe aortic stenosis. On the other hand, there is no reliable and reproducible animal model of AS to better understand the pathophysiology of this valvulopathy and to test new therapeutic targets. In the laboratory, we hypothesized that valvular endothelial dysfunction plays an important role in the initiation and progression of AS and we wish to use an animal model to evaluate the effect of new therapeutics. This work focuses on assessing the role of the endothelinergic system in AS and the development of a novel mouse animal model of AS. First, we used the EgfrWa2/Wa2 mouse model. This model is induced by the substitution of the amino glycine residue by a valine. The EgfrWa2/Wa2 mice homozygous for the mutation have their tyrosine kinase activity decreased by 90%. This model induces fibrous thickening of the leaflets with little calcification, but the increase in transaortic flow is not related to AS but to aortic regurgitation (AR). In this model we evaluated the effect of a fat-enriched diet and vitamin D3 supplementation. Despite increased serum levels of cholesterol, vitamin D3 and serum calcium, we did not observe an increase in calcification. The EgfrWa2/Wa2 model remains essentially a model of AR whereas AS remains rare or absent. Second, we evaluated the role of the endothelinergic system in primary cultures of human interstitial valvular (hVICs) and endothelial (hVECs) cells, obtained from AS patients treated by surgical aortic valve replacement. The valves of patients treated by a Bentall procedure were used as a control group. We first observed, by quantitative RT-PCR, that stenotic valves showed an increase in mRNA encoding endothelin and for its ET-B receptor and a decrease in the endothelin converting enzyme in the hVECs compared to the control valves. The ET-B receptor was also overexpressed in the hVICs compared to the control valves. We did not find any variation in expression of its ET-A receptor in hVICs. We then assessed the effect of endothelin-1 (ET-1) in the hVICs. We found that hVICs calcify when they are in the presence of ET-1. These data suggest involvement of the endothelinergic system in aortic valve calcification. Further studies are needed to better understand its involvement, notably by evaluating the effect of endothelin receptor antagonist in hVICs cultures and then in a reliable animal model mimicking this pathology

Les revêtements polymères stimuli-sensibles permettent d'ajuster les propriétés de surface par des stimuli externes (i.e. des variations des conditions environnementales) via des changements dans leur conformation physique, la chimie de surface, ou les deux. Cette capacité permet leur utilisation comme éléments fonctionnels dans les nanotechnologies tels que des valves dans les dispositifs microfluidiques, comme lubrifiants, ou comme substrats pour la culture de tissus biologiques. Cependant, de tels revêtements souffrent généralement d'un inconvénient majeur, afin de déclencher un changement de la conformation physique du revêtement polymère (gonflement) via un stimulus, il est nécessaire de changer au moins une de ses propriétés physico-chimiques qui produit des variations simultanées des propriétés de surface (i.e. potentiel de surface, adhésion). Ce travail vise à surmonter cette limitation en étudiant une nouvelle génération de revêtements hiérarchiques fonctionnels dont les propriétés physiques et la chimie de surface peuvent être modulées indépendamment et de manière réversible en utilisant différents stimuli tels que la température et le pH. Les revêtements hiérarchiques sont constitués de matrices des microgels à base de poly-(N-isopropylacrylamide) bidimensionnelles fonctionnalisés en surface avec des polymères dont les dimensions caractéristiques et les propriétés de surface peuvent être contrôlées indépendamment par différents stimuli en fonction des propriétés de surface souhaitées. Ce travail démontre que les dimensions caractéristiques (i.e. diamètre hydrodynamique, épaisseur de couche) peuvent en effet être contrôlées sans affecter les propriétés de surface (i.e. potentiel de surface, adhérence) des réseaux de microgels fonctionnalisés. La réactivité des revêtements fonctionnels a été étudiée à l'aide de la Diffusion Dynamique de la Lumière et de l'Appareil de Forces de Surface permettant de déterminer avec précision l'adhésion, la friction, le potentiel de surface, le diamètre hydrodynamique et l'épaisseur de la couche sous différents stimuli. Enfin, la capacité de ces substrats fonctionnels pour produire un détachement cellulaire déclenché par des stimuli dans le cadre de la culture cellulaire a été étudiée. / Stimuli-responsive polymer coatings enable surface properties to be tuned by external stimuli (i.e. variations of environmental conditions) via changes in their physical conformation, surface chemistry, or both. This capacity enables their use as functional elements in nanotechnologies such as valves in microfluidic devices, as lubricants, or as substrates for culture of biological tissues. However, such coatings usually suffer from a major shortcoming, in order to trigger a change in the physical conformation of the polymer coating (swelling) via a stimulus, it is necessary to change at least one of its physicochemical properties which results in simultaneous variations of the surface properties (i.e. surface potential, adhesion). The present work aims to overcome this limitation by investigating a new generation of responsive hierarchical coatings whose physical properties and surface chemistry can be tuned independently and reversibly using different stimuli such as temperature and pH. The hierarchical coatings consist of two-dimensional poly-(N-isopropylacrylamide) microgel arrays surface-functionalized with polymers whose characteristic dimensions and surface properties can be independently controlled by different stimuli according to the desired surface properties. This work shows how the characteristic dimensions (i.e. hydrodynamic diameter, layer thickness) can indeed be controlled without affecting the surface properties (i.e. surface potential, adhesion) of the functionalized microgel arrays. The responsiveness of the functional coatings was investigated using Dynamic Light Scattering and the Surface Forces Apparatus allowing adhesion, friction, surface potential, hydrodynamic diameter, and layer thickness to be accurately determined under different stimuli. Finally, the ability of these coatings as functional substrates to produce stimuli-triggered cell detachment during cell culture was studied.

La présence d’un récepteur de type RXR a récemment été rapporté chez la pensée de mer, Renilla koellikeri, de même que chez d’autres anthozoaires, et le NO semble jouer des différents rôles physiologiques, chez plusieurs cnidaires. L’acide rétinoïque (AR) et le monoxyde d’azote (NO) sont connus pour leur implication dans l’induction de la croissance des neurites chez les vertébrés ainsi que chez les invertébrés. Mais jusqu’à présent, aucun rôle de ces agents n’a encore été identifié chez ce phylum ancien des invertébrés. Dans le but de montrer que ces agents morphogénétiques ont un rôle dans le développement neuronal chez ces ancêtres des métazoaires bilatéraux, nous avons utilisé des cultures primaires de cellules du cnidaire anthozoaire Renilla koellikeri (pensée de mer), doté d’un système nerveux des plus primitif. Nous avons trouvé que les deux types d’acide rétinoïque, 9-cis et 11-trans, induisent une prolifération cellulaire dose-dépendante en fonction du temps dans les boîtes de pétri enduites de polylysine. Les cultures cellulaires exposées à l’acide rétinoïque dans les boîtes sans polylysine montrent une différenciation en des cellules épithéliales. D’autre part, le NO induit exclusivement une différenciation neuronale dans les boîtes enduites de polylysine. Aucun autre type de cellules subit un différenciation en présence de NO et la densité des cellules dédifférenciées a diminué. Les prolongements des neurones différenciés semblent s’enchevêtrer et former un réseau neuronal assez dense. L’ensemble de ces observations suggère que l’acide rétinoïque, contrairement à NO, est associé à l’activité mitotique, et que l’acide rétinoïque et le NO sont impliqués différemment dans la spécification cellulaire, respectivement épithéliale et neuronale, chez la pensée de mer. Le type d’action déclenchée, qu’il soit la mitogénèse ou la différenciation (épithéliale ou neuronale), varie alors selon l’état d’adhésion des cellules au substrat. Comme les données moléculaires et paléontologiques rapprochent les cnidaires, telle la pensée de mer, des ancêtres des eumétazoaires, nos résultats suggèrent que le rôle morphogénétique de l’acide rétinoïque et du NO est enraciné dans l’ancêtre commun de tous les métazoaires. / Retinoic acid receptors were recently reported in the sea pansy, Renilla koellikeri, and in other anthozoans, and NO seems to play various roles in several cnidarians. Retinoic acid (RA) and nitric oxide (NO) are known for their implication in inducing neurite outgrowth in both vertebrates and invertebrates. But so far, no role of these agents has been identified in this basal metazoan phylum. In order to show that these agents have a morphogenetic role in neuronal development in the ancestors of bilateral metazoan. We used primary cultures of cells from the cnidarian anthozoan Renilla koellikeri (sea pansy), with the most primary nervous system. We found that both 9-cis and 11-trans retinoic acid induced cell proliferation in dose- and time-dependant manners in petri dishes coated with polylysine. Cell cultures exposed to retinoic acid in dishes devoid of polylysine were observed to differentiate into epithelial cells. On the other hand, NO induced extensive neurite outgrowth in polylysine-coated culture dishes. No other celle type underwent differentiation in the presence of NO, and the density of dedifferentiated cells was reduced. The neurites of the differentiating neurons appeared to intertwine and form a loose nerve net. These observations suggest that retinoic acid, but not NO, has mitogenic activity, and that retinoic acid and NO are differentially involved in nerve cell specification in the sea pansy. The type of action, mitogenesis or cell differenciation (epithelial or neural), depends on the degree of cell adhesion to substrate. As both molecular and paleontological evidence place cnidarians such as the sea pansy closest to the eumetazoan ancestor, our results suggest that the morphogenetic role of retinoic acid and NO was rooted in the commun ancestor of all metazoans.

Actinobacillus pleuropneumoniae est l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine. La bactérie se transmet par voies aériennes et contacts directs. Plusieurs facteurs de virulence ont été identifiés, nommément les polysaccharides capsulaires, les lipopolysaccharide, les exotoxines ApxI à IV et de nombreux mécanismes d’acquisition du fer. Aucun vaccin efficace contre tous les sérotypes de la bactérie n’a encore été élaboré. Afin de mieux comprendre de quelle façon A. pleuropneumoniae régule la transcription de ses nombreux facteurs de virulence et de découvrir de nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces, le profil transcriptomique de la bactérie a été étudié dans des conditions simulant l’infection ainsi qu’à la suite d’une infection naturelle aiguë chez l’animal. Des biopuces de première et de seconde génération (AppChip1 et AppChip2) comportant respectivement 2025 cadres de lecture ouverts (ORF) de la version préliminaire du génome d’A. pleuropneumoniae sérotype 5b souche L20 et 2033 ORF de la version finale annotée du même génome ont été utilisées. Dans un premier temps, des expériences réalisées dans des conditions de concentration restreinte en fer ont permis d’identifier 210 gènes différentiellement exprimés, dont 92 étaient surexprimés. Plusieurs nouveaux mécanismes d’acquisition du fer ont pu être identifiés, incluant un système homologue au système YfeABCD de Yersinia pestis, impliqué dans l’acquisition du fer chélaté, ainsi que des gènes homologues aux composantes du système HmbR de Neisseria meningitidis impliqué dans l’acquisition du fer à partir de l’hémoglobine. Dans des conditions de culture permettant la formation de biofilms, les gènes tadC et tadD d’un opéron tad (« tight adherence locus ») putatif, les gènes pgaBC impliqués dans la synthèse d’un polysaccharide de la matrice du biofilm ainsi que deux gènes présentant de fortes homologies avec un gène codant pour l’adhésine auto-transporteur Hsf retrouvée chez Haemophilus influenzae ont montré une surexpression significative. Plusieurs de ces gènes ont également été retrouvés lors d’expériences réalisées avec des cellules épithéliales d’origine pulmonaire en culture, qui ont permis d’identifier 170 gènes différentiellement exprimés après la croissance planctonique au-dessus des cellules, et 131 autres suite à l’adhésion à ces cellules. Parmis les gènes surexprimés, les gènes tadB et rcpA de l’opéron tad putatif, les gènes pgaBC ainsi que le gène codant pour l’homologue d’Hsf ont été retrouvés. En présence de liquide de lavage broncho-alvéolaire (BALF), 156 gènes ont montré un profil d’expression modifié, et le gène apxIVA, identifié comme étant surexprimé, a pu être détecté pour la première fois dans des conditions de croissance in vitro. Finalement, des expériences visant à déterminer les gènes utilisés directement chez l’animal en phase aiguë de la pleuropneumonie porcine ont permis d’identifier 150 gènes qui étaient différentiellement exprimés. En plus d’identifier des gènes d’un possible opéron codant pour un fimbriae de type IV, 3 des 72 gènes surexprimés sont conservés chez tous les sérotypes d’A. pleuropneumoniae et codent pour des protéines ou lipoprotéines de surface. Nos expériences ont permis d’identifier plusieurs nouveaux facteurs de virulence potentiels chez A. pleuropneumoniae ainsi que plusieurs nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces contre tous les sérotypes. / Actinobacillus pleuropneumoniae is the etiological agent of porcine pleuropneumonia. Transmission of the disease occurs through direct contact or aerosols. The bacteria possess many virulence factors, namely capsular polysaccharides, lipopolysaccharides, four Apx toxins and iron acquisition mechanisms. To this day, an efficient cross-serotype vaccine has yet to be developed. In order to investigate regulation mechanisms in A. pleuropneumoniae and to identify new potential targets for the synthesis of subunit vaccines, the transcriptomic profile of the bacteria under conditions that simulate the infection and following a natural acute infection in vivo were studied. The experiences relied on first and second generation microarrays (AppChip1 and AppChip2) designed using 2025 ORFs of the draft version of the A. pleuropneumoniae serotype 5b strain L20 genome and 2033 ORFs of the final and annotated version of the same genome respectively. First, experiments were conducted under iron-restricted conditions and 210 genes were deemed differentially expressed, 92 of which were up-regulated. Some new putative iron acquisition mechanisms were identified, including genes homologous to those of the Yersinia pestis YfeABCD chelated-iron acquisition system, as well as other genes homologous to components of the HmbR iron uptake from hemoglobin system of Neisseria meningitidis. When cultured in conditions promoting biofilm production, genes tadC and tadD from a putative tad (« tight adherence locus ») operon, genes pgaABC involved in the biosynthesis of a polysaccharide of the biofilm matrix as well as two ORFs encoding a putative autotransporter adhesins similar to the Haemophilus influenzae Hsf adhesin were all significantly overexpressed. Many of these genes were also overexpressed when lung epithelial cells were infected with A. pleuropneumoniae. While 170 genes were differentially expressed after planktonic growth in the culture medium above the cells, another 131 were identified following direct adhesion to the cells. Genes tadB and rcpA of the tad locus, as well as genes pgaBC and an ORF coding for the Hsf homolog where all found among overexpressed genes. When A. pleuropneumoniae was cultured in contact with broncho-alveolar lavage fluids (BALF), 156 genes were significantly differentially expressed and gene apxIVA, which was up-regulated, was detected for the first time during in in vitro growth conditions. Finally, experiments were conducted in vivo in animals naturally infected with A. pleuropneumoniae in the late stage of the acute phase in order to identify genes that are expressed during the infection of the natural host. While 150 genes were deemed differentially expressed, genes apxIVA as well as two genes from an operon coding for a putative type IV fimbriae were up-regulated. Out of those 72 genes that were overexpressed, 3 encode proteins or lipoproteins of the outer membrane which are conserved among all serotypes of the bacteria. Overall, we were able to identify several new potential virulence factors for A. pleuropneumoniae in the course of our experiments, as well as several new potential targets for the elaboration of an efficient cross-serotype vaccine.

Introduction : La fécondation in vitro est de mieux en mieux connue et en amélioration constante, cependant les taux d’implantation et de grossesse sont encore bas (environ 35% par fécondation in vitro). Un des enjeux de l’amélioration de la fécondation in vitro est le développement embryonnaire et l’implantation. Pour cela, la co-culture des embryons sur un tapis de cellules endométriales maternelles autologues peut être utilisée pour améliorer le développement embryonnaire (taux d’embryon se développant jusqu’à J5 : blastocyste) et l’implantation. L’objectif de l’étude est d’étudier le lien entre la qualité du tapis cellulaire et le développement embryonnaire. Matériel et méthodes : Cette étude est une sous analyse de l’essai clinique randomisé en double aveugle OvoGen, comparant le taux de blastulation et de grossesse dans deux groupes randomisés : le groupe étude, dans lequel les embryons se développent sur un tapis cellulaire endométrial maternel et le groupe contrôle, dans lequel les embryons sont cultivés dans du milieu conventionnel. Nous avons analysé la qualité des tapis cellulaire du groupe étude (confluence des cellules, taux de cellules épithéliales et vitalité des cellules stromales) par rapport au développement embryonnaire et au taux de grossesse. Résultats : 50 tapis de cellules endométriales maternelles et 291 embryons sur les puits ont été analysés de 2012 à 2015 à la clinique ovo (Montréal, Québec). La qualité des embryons n’était pas changée par la qualité des tapis (p=0,65 pour la confluence, p=0,25 pour le taux de glande et p=0,92 pour la viabilité des cellules). En revanche, le taux de grossesse augmentait quand la confluence diminuait (p=0,022) et lorsque la viabilité des cellules stromales augmentait (p=0,001). De plus, la qualité des tapis était dépendante de la date de la biopsie : la biopsie faite à J7 après l’ovulation permettait une meilleure qualité de puits (confluence augmentée, p=0,045, taux de glande augmenté p=0,004 et viabilité stromales augmentée p=0,001) que la biopsie faite à J5 post ovulation. Discussion : Aucune des nombreuses études sur la co-culture ne porte sur la qualité des tapis cellulaire. Il est intéressant de noter que le taux de grossesse augmente avec la diminution de la confluence et l’augmentation de la viabilité des cellules stromales dans les puits contenant les embryons transférés. Comme il a déjà été démontré, (1)le jour de la biopsie endométriale influe sur la qualité du tapis cellulaire en coculture et pour que celui-ci soit de bonne qualité, il faut que l’endomètre soit réceptif (après J19 du cycle). Conclusion : Nous avons montré que la qualité des tapis cellulaires dépendait du jour de la biopsie d’endomètre et que cette qualité pouvait influencer le bénéfice de la co-culture. Il serait intéressant d’étudier la réceptivité de l’endomètre au moment de la biopsie avant utilisation des cellules en co-culture pour optimiser la qualité du tapis cellulaire. / Introduction: Lot's of progress has been made in the process of in vitro fertilization (IVF) in the last years. However, the pregnancy rate is still low. There are two important issues in IVF: embryo development and implantation. One answer may be the endometrial autologue co-culture which could improve the embryo development and the implantation rate in many ways. The aim of this study is to assess the effect of co-culture quality on human embryo development and implantation rate. Materials and methods: The ovogen study was a randomized, double blind trial analysis. OvoGen compared the blastulation and the pregnancy rate in two randomized groups: the study group, with autologous endometrial co-culture and the control group, with conventional media. The outcome of our study was to assess the correlation between the quality of autologous endometrial co-culture (cells confluence, rate of epithelials cells and stromals cells viability) and the embryo development. Results: FIfty patients in the co-culture group were analyzed between 2012 to 2015 at the ovo clinic (Montreal, Quebec). 291 embryos were analyzed, each cocultured on a monolayer endometrial cells. The embryo quality was not significantly linked with the co-culture quality (p=0,65 for the cells confluence, 0,25 for the epithelial cells rate and 0,92 for the stromal cells viability). On the other hand, the 11 pregnancy rate increased in correlation with the decreasing of the confluence (p=0,022) and the increase of stromal cells (p=0,001). Moreover, the moment of the biopsy had an effect on the co-culture: when the biopsy was performed seven days after the ovulation, the quality of the co-culture was better (confluence increased p=0,045, epithelials cells increased p= 0,004 and stromal cells viability increased p=0,001) than when the biopsy was done five days after the ovulation. Discussion: There were no previous study on the quality of the co-culture and its effect on the embryo development. The fact that the pregnancy rate increased with the decrease of the confluence in the co-culture is interesting. Indeed, we could easily explain why a huge confluence could be prejudicial for the dialog between embryo and endometrium. Moreover, in accordance with previous experience, the day of the biopsy in the cycle is important for the quality of the endometrium. This is why the day of the biopsy may have an effect on the co-culture quality. Conclusion: Our results show that the moment of the biopsy has an effect on the quality of the co-culture and that the quality of the co-culture has an effect on the pregnancy rate. It could be interesting to study the endometrium receptivity on the biopsy before the co-culture to optimize the quality and the benefit of the co-culture.

Ce travail de thèse avait pour objectif le développement de systèmes de culture cellulaire, en 2D et en 3D, en mettant à profit les propriétés d’un transporteur d’oxygène marin, HEMOXCell®. Notre approche générale était articulée selon deux grands axes : un premier concernant l’évaluation de l’utilisation d’HEMOXCell® dans la culture de deux modèles cellulaires, et un second, utilisant les résultats obtenus à des fins d’ingénierie tissulaire. Dans le premier axe, l’évaluation de l’effet dose-réponse d’HEMOXCell® dans la culture des cellules CHO-S et des cellules souches mésenchymateuses (CSM), a permis de déterminer des concentrations de travail optimales, favorisant la viabilité et la prolifération cellulaire. Le modèle cellulaire CHO-S a contribué à la mise en place d’un test de performance de la molécule, et encouragé son utilisation dans des systèmes de bioproduction. Les essais menés sur les CSM ont quant à eux permis de valider l’innocuité de la molécule à de faibles doses et le maintien de l’état « souche ». L’idée d’associer les CSM à des supports poreux est prometteuse pour des applications d’ingénierie tissulaire, mais est soumise aux problèmes liés à l’oxygénation en profondeur des supports. Dans le second axe de ce projet, nous avons oeuvré à améliorer la colonisation de substituts osseux et méniscaux, en culture statique et dynamique, en présence d’HEMOXCell®. Parallèlement, une étude a été menée pour tenter de caractériser les cellules méniscales. Les analyses de la colonisation des biomatériaux suggèrent un effet bénéfique d’HEMOXCell® lorsqu’il est utilisé en complément des milieux de différenciation cellulaire. Ce travail a contribué à améliorer la compréhension de ce transporteur d’oxygène et à l’élargissement de ses potentiels champs d’utilisation notamment dans un cadre thérapeutique. / This work aimed to develop cell culture systems, in 2D and 3D, based on the properties of HEMOXCell®, a marine oxygen carrier. Our approach was articulated in two main parts: the first one dealing with the assessment of the use of HEMOXCell® in the culture of two cellular models, and the second one, exploiting the results obtained for tissue engineering purposes. In this first axis, the dose-response effect of HEMOXCell® in the CHO-S cells and mesenchymal stem cells (MSC) in vitro culture, allowed the identification of optimal working concentrations, which can promote cell viability and proliferation. The CHO-S model has contributed to the establishment of a performance test of the molecule, and encouraged its use for bioproduction stimulation. The tests performed on MSCs were used to validate the harmlessness of the molecule at low doses and the maintenance of "stemness". The idea to associate MSCs with porous scaffolds is a promising approach for tissue engineering applications, but it is confronted to the lack of oxygen in the depth of the substitutes. In the second part of this project, we worked at improving the cellularization of bone and meniscal substitutes, under static and dynamic culture systems, w/ and w/o HEMOXCell®. In parallel, a study was conducted to attempt to characterize the meniscal cells. Analyses of cellularized biomaterials suggest a beneficial effect of HEMOXCell® when used as a differentiation media supplement. This work contributed to improve this oxygen carrier understanding and to extend the field of its potential uses particularly for therapeutic applications.