Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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La protéine Girdin humaine est surexprimée dans divers types de cancers où elle contribue à la progression tumorale. Elle favorise notamment la migration et l’invasion cellulaires. Récemment, il a été montré que Girdin interagit directement avec Par-3. Cette interaction est essentielle à la polarisation des cellules en migration. Par-3 et son orthologue chez la drosophile Bazooka sont également impliquées dans l’établissement et le maintien de la polarité épithéliale et des jonctions d’adhérence (JA). La polarité épithéliale, caractérisée par la distribution asymétrique des composantes cellulaires, est nécessaire au maintien de l’intégrité des épithéliums. En effet, la perte de plusieurs régulateurs de la polarité épithéliale mène à la transition épithélio-mésenchymateuse. Nous avons donc émis l’hypothèse que Girdin est impliquée dans la polarité épithéliale et/ou l’adhésion cellule-cellule tout comme son partenaire d’interaction Par-3. Afin de vérifier notre hypothèse in vivo, nous avons généré des allèles mutants nuls de Girdin (orthologue de Girdin chez la drosophile) et établit un anticorps anti-Girdin spécifique. Tout d’abord, nous avons démontré que Girdin est essentiellement exprimée durant l’embryogenèse. Dans les épithéliums embryonnaires elle est enrichie aux JA. Ensuite, les embryons Girdin mutants présentent divers défauts morphogénétiques dont la formation de kystes ectopiques de cellules épithéliales et parfois l’ouverture de la ligne médiane ventrale, ce qui pourrait être attribuable à des défauts de cohésion cellulaire. De plus, l’association entre les composantes des JA, incluant Armadillo (β-Caténine) et DE-Cadhérine (DE-Cad), et le cytosquelette diminue dans les embryons Girdin mutants. Ces résultats suggèrent donc que Girdin est impliquée dans le maintien de la stabilité des JA. Nous nous sommes ensuite intéressés à l’implication de Girdin dans la polarité épithéliale. Bien que les mutants Girdin ne présentent aucun défaut de polarité épithéliale, nous avons pu mettre en évidence des interactions génétiques fortes entre Girdin et trois gènes codant pour des régulateurs de la polarité épithéliale : crb, yrt et lgl. Dans l’ensemble, nos résultats identifient Girdin comme un nouveau régulateur de la polarité épithéliale et de l’adhésion cellule-cellule. À l’avenir il sera essentiel de prendre en considération ces fonctions de Girdin pour évaluer s’il s’agit d’une cible thérapeutique appropriée contre le cancer. / The human Girdin protein is overexpressed in various cancers, and promotes cell migration and invasion. This suggests that Girdin contributes to tumor progression. Recently, it was shown that Girdin directly interacts with Par-3. This interaction is essential for cell polarization associated with directed cell migration. Par-3 and its Drosophila ortholog Bazooka are also known for their role in the establishment and maintenance of epithelial cell polarity and adherens junction (AJ) formation. Epithelial polarity, which is characterized by the asymmetric distribution of many cellular constituents, is necessary for epithelial tissue function and homeostasis. Indeed, loss of several epithelial polarity regulators leads to epithelial to mesenchymal transition. We thus hypothesized that Girdin plays a role in epithelial polarity and/or cell-cell adhesion, as reported for its binding partner Par-3. In order to test this premise in vivo, we generated null alleles of Girdin, which encodes the Drosophila ortholog of Girdin, and established specific anti-Girdin antibodies. First, we demonstrated that Girdin is mainly expressed during embryogenesis. In embryonic epithelial cells, it is predominantly associated with the plasma membrane and enriched at AJ. Girdin mutant embryos present several morphogenetic defects including the formation of ectopic epithelial cell cysts and opening of the ventral midline, suggesting that loss of Girdin weakens cell-cell adhesion. Consistent with this phenotype, the association between AJ components, including Armadillo (β-catenin) and DE-Cadherin (DE-Cad), and the cytoskeleton decreases in Girdin mutant animals. These results suggest that Girdin participates in AJ stability. We then investigated the implication of Girdin in epithelial polarity. Although we could not observe any epithlelial polarity defects in Girdin mutants, we found strong genetic interactions between Girdin and three genes encoding polarity regulators : crb, yrt and lgl. Together, our data identifies Girdin as a novel regulator of epithelial cell polarity and cell-cell adhesion. These results thus reveal unsuspected roles for Girdin related proteins. Comprehensive analysis of Girdin function is essential to evaluate whether it is an appropriate target to treat cancer.

Au cours de ce projet, nous avons émis l'hypothèse que les cellules cancéreuses en circulation ursupent les mécanismes utilisés par les cellules du système immunitaire pour lier l'endothélium, le traverser et former des métastases. En ce sens, nous avons observé en conditions dynamiques que la E-sélectine est nécessaire à l'adhérence puis au roulement des cellules cancéreuses de côlon HT-29 à la surface des cellules endothéliales. L'utilisation de divers variants de la Esélectine nous a permis de confirmer l'importance de sa portion cytoplasmique pour l'adhérence et le roulement des cellules cancéreuses. En utilisant une chambre à flux laminaire et un substitut vasculaire tridimensionnel construit par génie tissulaire, nous avons identifié trois mécanismes de diapédèse. Ainsi, 1) la majorité des cellules cancéreuses ne complètent pas le processus de diapédèse et restent au niveau des cellules endothéliales (diapédèse de type mosaïque), 2) certaines passent aux jonctions interendothéliales (diapédèse paracellulaire), 3) tandis que d'autres passent au travers de la cellule endothéliale (diapédèse transcellulaire). Nous avons aussi déterminé que l'activation de la E-sélectine conduit à celle des MAP kinases ERK et p38. Au moyen d'approches génétiques et d'inhibiteurs chimiques, nous avons par la suite démontré que l'activation de ces voies par la E-sélectine est requise pour la diapédèse des cellules cancéreuses, via le mécanisme paracellulaire. L'activation de p38 régule la diapédèse des cellules HT-29 en modulant la phosphorylation de la myosin light chain (MLC) et la formation de fibres de tension. D'autre part, l'activation de ERK par la E-sélectine régule l'ouverture des jonctions interendothéliales en initiant l'activation de c-Src et la dissociation du complexe VEcadhérine/p-caténine. Nous concluons que la E-sélectine est essentielle à l'adhérence des cellules cancéreuses de côlon HT-29 et que sa stimulation régule l'extravasation des cellules cancéreuses en initiant l'activation des voies MAP kinases ERK et p38 qui toutes deux contribuent à moduler l'intégrité de la barrière endothéliale et la diapédèse de type paracellulaire. / In the present work, we have investigated the mechanisms by which adhesion of colon cancer cells to E-selectin expressed by endothelial cells regulates the endothelial barrier function and modulates cancer cell transmigration. Several Ones of evidence indicate that cancer cells could use the inflammatory system to interact with the endothelium, to transmigrate and form metastases. Accordingly, we have observed in static and dynamic conditions that E-selectin was essential for the adhesion and rolling of HT-29 colon cancer cells on endothelial cells. By using various E-selectin constructs, we further found that both processes required the cytoplasmic portion of E-selectin. Moreover, the use of a laminar flux chamber and a vascular tridimensional substitute constructed by tissue engineering, permits to identify three diapedesis mechanisms. 1) The majority of cancer cells did not complete the diapedesis process and remained between endothelial cells (mosaic diapedesis), 2) some migrated at interendothelial junctions (paracellular diapedesis) and 2) some passed through an endothelial cell (transcellular diapedesis). We have also found that the activation of E-selectin by the adhesion of HT-29 cells, in a static or a dynamic conditions, resulted in an increased activity of ERK and p38 MAP kinases. In turn, activation of p38 and ERK enhanced transendothelial permeability and paracellular migration of HT-29 cells. We also obtained evidence suggesting that p38-mediated increase in transendothelial permeability and cancer cell migration depends on a myosin light chain (MLC) phosphorylation-mediated formation of stress fibers. On the other hand, the activation of ERK by E-selectin modulated the opening of interendothelial spaces by initiating the activation of c-Src kinase activities and the dissociation of the VE-cadherin/p-catenin complex. Thus, we conclude that E-selectin is essential for HT-29 cancer cells adhesion and that its activation regulates the extravasation of colon cancer cells by initiating p38- and ERK-dependent mechanisms that both contribute to the regulation of the integrity of the endothelial barrier and paracellular diapedesis.

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Le vieillissement de la population augmentera l’incidence des troubles osseux, notamment les fractures ostéoporotiques, menant ainsi à des pertes osseuses de taille critique. La méthode privilégiée afin de combler ces pertes, l’autogreffe, comporte cependant des limitations. L’une des alternatives étudiées est l’utilisation de matériaux biomimétiques. Afin d’optimiser la régénération osseuse, les biomatériaux doivent interagir avec le tissu environnant. Ainsi, ces matériaux peuvent être fonctionnalisés avec des peptides d’adhésion, le peptide Arg-Gly-Asp (RGD) étant l’une des séquences les plus fréquemment utilisées. De plus, afin de favoriser la différenciation des cellules en ostéoblastes, l’utilisation de facteurs de croissance tels que les protéines morphogénétiques osseuses (BMPs) s’avère efficace, la BMP-2 et la BMP-7 étant approuvées par la Food and Drug Administration pour des applications commerciales de régénération osseuse. La BMP-9 a montré avoir un potentiel ostéogénique supérieur à ces dernières. Par contre, peu d’études portent sur l’influence des peptides d’adhésion sur la réponse des cellules aux BMPs. Ce projet de maîtrise a donc pour principal objectif d’étudier l’impact d’un film de polycaprolactone (PCL) fonctionnalisé par des peptides d’adhésion dérivés de la sialoprotéine osseuse (PCL-pBSP) ou de la fibronectine (PCL-pFibro) sur la réponse de cellules souches mésenchymateuses (MSCs) C3H10T1/2 à la BMP-9 et à ses peptides dérivés (pBMP-9 et SpBMP-9). En effet, les BMPs étant coûteux à produire et purifier, des peptides dérivés moins dispendieux ont été développés. Le premier volet de ce mémoire consiste en une revue de la littérature qui vient d’être acceptée dans le journal Frontiers in Bioscience. Le tissu osseux, le processus de réparation osseuse et les types d’interactions entre les cellules osseuses et les biomatériaux y sont décrits. Elle présente aussi le processus de différenciation ostéogénique des MSCs afin d’identifier les molécules pouvant être utilisées dans le développement de matériaux biomimétiques en plus de décrire les plus récents matériaux biomimétiques fonctionnalisés par des peptides d’adhésion utilisés conjointement avec des facteurs de croissance. Le deuxième volet décrit les résultats expérimentaux obtenus qui font l’objet d’un article soumis dans le journal Acta Biomaterialia. Il a été démontré que le PCL-pFibro par rapport au PCL-pBSP permettait une meilleure organisation du cytosquelette des C3H10T1/2 et une activation plus rapide de la focal adhesion kinase, protéine impliquée dans l’adhésion cellulaire. De plus, les 2 films de PCL fonctionnalisés ont montré un effet contraire au niveau de la signalisation JNK; le PCL-pFibro l’activait tandis que le PCL-pBSP l’inhibait. Or JNK est indispensable à la différenciation ostéogénique des C3H10T1/2 induite par la BMP-9. Suite à une stimulation des MSCs par la BMP-9 ou ses peptides dérivés, les C3H10T1/2 adhérant sur le PCL-pFibro ont montré une activation et une translocation nucléaire des Smad1/5/8 plus importantes que sur PCL-pBSP. À plus long terme, l’expression de Runx2, marqueur de la différenciation ostéogénique des MSCs, était plus importante sur PCL-pFibro que sur PCL-pBSP. En conclusion, ces travaux ont permis de démontrer le potentiel du PCL-pFibro comme matériau biomimétique capable d’induire une signalisation intracellulaire favorable à l’action de la BMP-9 et de ses peptides dérivés dans un processus de différenciation ostéogénique des MSCs. Ce matériau pourrait donc être prometteur dans une stratégie de réparation des pertes osseuses en combinaison avec le pBMP-9 ou SpBMP-9.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique de la paroi artérielle, caractérisée par une infiltration des leucocytes consécutive à l’accumulation de lipoprotéines au sein de l’intima. Les molécules d'adhésion jouent un rôle important dans la progression de l’athérosclérose par leur implication dans l’infiltration des leucocytes au niveau du site de lésion. CD146 est une molécule d’adhésion présente sur les cellules endothéliales et sur certaines populations leucocytaires. Il a été récemment montré une augmentation de sa forme soluble lors de l’athérosclérose et de ses complications. De plus, son expression augmente au sein des plaques d’athérosclérose. En revanche, son implication dans la formation de la plaque d’athérosclérose n’a jamais été étudiée.Nous avons évalué le rôle in vivo de CD146 grâce au modèle murin APOEKO/CD146KO. Nous montrons que CD146 joue un rôle protecteur dans l’athérosclérose en inhibant la sécrétion de la chimiokine RANTES. La régulation de RANTES médiée par CD146 est dépendante de la voie VEGFR2-p38/MAPK. Dans une seconde étude, nous montrons que l’implication de CD146 dans l’athérosclérose est dépendante du régime alimentaire. Enfin dans une étude pilote, nous proposons une nouvelle stratégie thérapeutique de l’athérosclérose via l’injection de microvésicules CD146+. Nous montrons que l’apport du CD146 membranaire conduit à une réduction de RANTES, des neutrophiles circulants et de la plaque d’athérosclérose.En conclusion, l’ensemble de ces travaux apporte de nouvelles données dans la compréhension de la pathologie de l’athérosclérose en identifiant CD146 comme une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement de l’athérosclérose. / Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease of the arterial wall characterized by the leukocyte infiltration consecutive to the accumulation of lipoproteins within the intima. Adhesion molecules play an important role in the progression of atherosclerosis since they are involved in the leukocyte infiltration at the lesion site. CD146 is an adhesion molecule detected on all endothelial cells of the vascular tree and also expressed on some subpopulations of leukocytes. Recently, few studies have shown that soluble form of CD146 is increased in atherosclerosis and its clinical complications. In addition, CD146 expression increases in atherosclerotic plaque. However, its involvement in atherosclerotic plaque formation has never been investigated. We evaluate the in vivo role of CD146 thanks to APOE KO/CD146 KO mice model. We demonstrate that CD146 plays a protective role in atherosclerosis by inhibiting the secretion of the RANTES chemokine responsible for neutrophils and monocytes recruitment within atherosclerotic plaque. RANTES regulation mediated by CD146 is dependent on VEGFR2-p38/MAPK pathway. In a second study, we show that the involvement of CD146 in atherosclerosis is dependent on the diet. Finally, in a pilot study, we propose a new therapeutic strategy for atherosclerosis through the injection of CD146 + microvesicles. We demonstrate that bringing CD146 membrane isoform through microvesicles leads to a reduction of RANTES, circulating neutrophils and atherosclerotic plaque.Overall, this work provides advances in atherosclerosis for a better understanding of its mechanisms by identifying CD146 as a new therapeutic target in the treatment of atherosclerosis.