L'emphysème pulmonaire se caractérise par une destruction du parenchyme pulmonaire, et il n'existe actuellement aucun traitement curatif. Les mécanismes sous-jacents au développement de cette maladie ne sont pas totalement élucidés, et certaines évidences suggèrent l'implication de l'immunité adaptative, principalement des lymphocytes. Ainsi, l'objectif principal de cette thèse est d'**explorer les liens unissant les lymphocytes B, les tissus lymphoïdes tertiaires et l'emphysème pulmonaire**. Premièrement, les impacts de la nouvelle **mutation $\pmb{PTPN{\textit{6}}}^\mathbf{Ala455Thr}$ sur la biologie des lymphocytes B ont été caractérisés chez l'humain et la souris**. Cette mutation a été associée à une forme d'emphysème sévère et précoce chez plusieurs individus et cause une diminution de l'activité de la phosphatase *Src homology region 2 domain-containing phosphatase-1* (SHP-1). Les populations de lymphocytes B pulmonaires et systémiques ont été analysées chez les souris porteuses de la même mutation (*Ptpn6*$^\textup{Ala457Thr}$) que celles chez l'humain. Les souris *Ptpn6*$^\textup{Ala457Thr}$ développent spontanément des tissus lymphoïdes tertiaires (TLT) riches en lymphocytes B au poumon avec l'âge. Les souris femelles et mâles *Ptpn6*$^\textup{Ala457Thr}$ ont une proportion plus importante de lymphocytes B-1 comparativement aux souris sauvages, au détriment des lymphocytes B-2. Les souris *Ptpn6*$^\textup{Ala457Thr}$ produisent moins d'anticorps IgG1 en réponse à une immunisation avec un antigène T-indépendant, tandis que leur réponse T-dépendante est normale. Par ailleurs, des anomalies similaires ont été observées chez l'humain. Chez les individus porteurs de la mutation *PTPN6*$^\textup{Ala455Thr}$, une proportion plus grande de lymphocytes B mémoires, une proportion plus faible de lymphocytes B naïfs et une altération des niveaux d'immunoglobulines circulantes sont également observées. De plus, l'exposition à la fumée de cigarette, qui constitue le principal facteur de risque au développement d'emphysème, n'a pas exacerbé les altérations causées par la mutation. Ainsi, l'objectif 1 démontre clairement que des anomalies des lymphocytes B sont causées par une mutation récemment associée au développement d'emphysème pulmonaire. Le deuxième objectif visait à documenter **la présence des TLT et leur signature transcriptomique dans les résections pulmonaires de fumeurs actifs**. Les TLT ont été associés à la sévérité de la maladie pulmonaire obstructive chronique, qui englobe l'emphysème. En utilisant un marquage en immunohistochimie du CD19, un marqueur spécifique aux lymphocytes B, la présence de TLT dans les résections pulmonaires de fumeurs actifs, ayant divers degrés d'obstruction pulmonaire, a été quantifiée. Des analyses transcriptomiques ont été réalisées sur le tissu pulmonaire. Globalement, la majorité des résections pulmonaires ne contenaient pas de TLT ou très peu. Une signature transcriptomique distincte a été trouvée chez les individus avec des TLT pulmonaires. Toutefois, ni la quantité et ni la signature transcriptomique ne sont modulé par la présence d'une MPOC ou d'un emphysème, définis respectivement par un ratio VEMS/CVF inférieur à 0,7 et un pourcentage de l'aire relatif d'atténuation à la tomodensitométrie inférieur à -950 unités Hounsfield (RA950) supérieur à 5%. En somme, l'objectif 2 démontre que les TLT ne sont pas abondants ni associés à une MPOC ou un emphysème peu sévère. Ils confèrent toutefois une signature transcriptomique distincte. Finalement, le dernier objectif consistait à investiguer les **effets de l'administration d'un anti-PD-1 sur la formation de TLT et le développement d'emphysème pulmonaire en contexte tabagique**. Dans un modèle murin d'exposition à la fumée de cigarette et d'administration d'un anti-PD-1 simultanément, la formation de TLT au poumon est exacerbée. La réponse pulmonaire inflammatoire à la fumée de cigarette, caractérisée par une augmentation des macrophages et des neutrophiles dans les lavages broncho-alvéolaires, n'est pas affectée par l'anti-PD-1. Par ailleurs, la destruction du parenchyme pulmonaire, mesurée par la distribution de la taille des alvéoles, est similaire entre les souris ayant reçu l'isotype et l'anti-PD-1. Cependant, lorsque l'anti-PD-1 est administré dans un contexte de cessation tabagique, une plus faible proportion de grosses alvéoles et une plus grande proportion de petites alvéoles est observée comparativement aux souris contrôles. Ces résultats suggèrent que la modulation d'un axe de suppression de l'activation des lymphocytes affecte la réponse adaptative induite par une exposition chronique à la fumée de cigarette. En conclusion, les données présentées dans cette thèse soutiennent l'hypothèse d'une importance des lymphocytes B, des tissus lymphoïdes tertiaires et de l'immunité adaptative dans la pathogenèse de l'emphysème pulmonaire. Néanmoins, leur rôle demeure indéfini et de plus amples études sont nécessaires afin de mieux comprendre leur implication. / Pulmonary emphysema is a lung disease characterized by parenchymal destruction. Despite decades of research, no cure exists for this disease. The mechanisms underlying emphysema development are not fully understood and some evidence suggests that the adaptative immune system is involved, mainly via lymphocyte activity. Thus, the principal objective of this thesis is to **explore the link between B lymphocytes, tertiary lymphoid tissues (TLTs), and pulmonary emphysema**. Firstly, the impact of a recently discovered mutation, $\pmb{PTPN{\textit{6}}}^\mathbf{Ala455Thr}$**, on B lymphocyte biology was evaluated in both mice and humans**. This mutation is associated with severe, panlobular emphysema in humans and leads to a reduction in the activity of *Src homology region 2 domain-containing phosphatase-1* (SHP-1), a phosphatase that regulates pathways associated with B lymphocyte development and function. Over time, *Ptpn6*$^\textup{Ala457Thr}$ mice developed spontaneous pulmonary tertiary lymphoid tissues, mainly composed of B lymphocytes. *Ptpn6*$^\textup{Ala457Thr}$ mice have a higher proportion of B-1 lymphocytes and a lower proportion B-2 lymphocytes in the lung and spleen. Furthermore, *Ptpn6*$^\textup{Ala457Thr}$ mice produced lower levels of NP-specific IgG1 antibodies compared to the wild-type group in response to NP-Ficoll immunization, a model of T lymphocyte-independent adaptive immune function, while their T-dependent response was normal. Similarly, human carriers of the *PTPN6*$^\textup{Ala455Thr}$ mutation had reduced circulating naive B cells and increased memory B cells compared to controls, which was more pronounced in men than in women. Human *PTPN6*$^\textup{Ala455Thr}$ carriers had reduced circulating IgG1 and IgG4 as well as increased IgG3 levels. Interestingly, exposure to cigarette smoke, a major risk factor for pulmonary emphysema, did not exacerbate the immunological effects of the *Ptpn6*$^\textup{Ala457Thr}$ mutation in mice nor did it lead to lung tissue destruction. Thus, objective 1 clearly demonstrated that the mutation in the *Ptpn6* gene, which has been associated to emphysema in humans, leads to B lymphocyte abnormalities in mice and human carriers. The second objective was to **document the presence of TLTs and their transcriptomic signatures in lung tissue resections from active smokers** with various degrees of airflow obstruction or emphysematous damage. TLTs have been associated with chronic obstructive pulmonary disease and emphysema. Using immunostaining for CD19, a B lymphocyte marker, TLT areas in the lung were quantified and transcriptional analyses were performed on adjacent frozen lung tissue. Overall, most active smokers had none or few TLTs. Men had globally more TLTs in their lungs compared to women having at least. Although a unique transcriptomic signature was associated with the presence of TLTs in both men and women, the TLT-associated gene expression patterns were not significantly affected by COPD or emphysema disease status, defined by an FEV$_1$ /FVC ratio under 0.7 and a relative area of CT attenuation histogram under -950 Hounsfield units (RA950) over 5%, respectively. In summary, objective 2 demonstrated that TLTs are not abundant in the lungs of active smokers and that their presence and associated transcriptomic signature did not correlate with lung function decline or emphysematous damage. Thirdly, the effects of **anti-PD-1 administration in the pulmonary response to cigarette smoke pulmonary response** were characterized. Immune checkpoints are key regulators of lymphocyte activation, which necessitates tight regulation in order to avoid excessive/autoimmune responses. However, in the context of inflammatory stimuli such as cigarette smoke exposure, the effects of immune checkpoint inhibition have not been thoroughly explored. As previously observed, chronic cigarette smoke exposure in mice led to TLT formation in lungs, a phenomenon which was exacerbated by anti-PD-1 administration. Despite the increased presence of lung TLTs, alveolar size distribution was not affected by anti-PD-1 administration. Moreover, following a period of smoking cessation, administration of anti-PD-1 increased TLT formation while leading to fewer large alveoli compared to exposed control mice. Pulmonary neutrophilia and macrophage infiltration remained unchanged by PD-1 inhibition in both cigarette smoke exposure and cessation experiments. Thus, these results suggest that inhibition of immune checkpoint signaling could affect pulmonary immune response to cigarette smoke exposure. Altogether, the data presented herein support the hypothesis that B lymphocytes, tertiary lymphoid tissues, and adaptative immunity are important to consider in the development of pulmonary emphysema, particularly in the context of chronic cigarette smoke exposure. Nevertheless, their exact role in the cigarette smoke-associated lung disease remains to be fully elucidated.

L’emphysème pulmonaire est, avec la bronchite chronique à laquelle il est généralement associé, une bronchopathie chronique obstructive (BPCO). Ce groupe de maladie a été la sixième cause de mortalité au monde en 1990 et pourrait devenir la troisième en 2020.L’emphysème pulmonaire est défini par un élargissement anormal et permanent des espaces aériens en amont des bronchioles terminales avec destruction des parois alvéolaires sans fibrose évidente. Compte tenu de cette définition, son diagnostic devrait idéalement être basé sur l’histopathologie. Cependant, en pratique clinique, si les EFR sont à la base de la définition de la BPCO, elles ne suffisent pas au diagnostic de l’emphysème pulmonaire.<p><p>La tomodensitométrie (TDM) est une méthode diagnostique d’obtention in vivo de coupes anatomiques qui, formées de milliers de pixels, en font la méthode morphologique la plus précise pour investiguer la structure pulmonaire. Si la juxtaposition de ces pixels – dont la tonalité de gris est fonction de l’atténuation – est à la base de l’image TDM, la même information peut être représentée par la distribution de fréquence de ces atténuations. En présence d’emphysème, la destruction du tissu pulmonaire (et la plus grande proportion d’air) déterminent le déplacement de cette distribution vers les atténuations plus négatives. Plusieurs index TDM dérivés de cette distribution – notamment l’atténuation moyenne, la surface pulmonaire occupée par des valeurs d’atténuation inférieures à un seuil, un percentile particulier de la distribution – sont de possibles mesures de l’étendue de l’emphysème pulmonaire. L’émergence de la technique hélicoïdale, permettant notamment d’explorer tout le parenchyme pulmonaire en une seule apnée, justifie de déterminer les seuils et percentiles adéquats par comparaison à une mesure histologique de référence.<p><p>Au cours de nos études, nous avons montré que les index TDM dérivés de la distribution de fréquence d’atténuation tels que les surfaces relatives de poumon occupées par les coefficients d’atténuation inférieures à -960 UH (RA960) ou -970 UH (RA970) et le premier percentile (p1) sont les index les plus appropriés. En revanche, toujours sur base de comparaisons histo-morphométriques, d’autre index qui reflètent la géométrie des espaces emphysémateux – tels que la distribution de la taille des groupes de pixels adjacents occupés par des coefficients d’atténuation inférieurs à un seuil ou à un percentile – ne sont pas des index valables.<p><p>La dose d’irradiation peut être abaissée à 20 mAs effectifs. Cette réduction est particulièrement appropriée dans une pathologie susceptible de concerner des patients jeunes et l’objet d’examens répétés. Cependant, la dose d’irradiation influençant ces index, elle doit être maintenue constante au cours de suivis longitudinaux.<p><p>En TDM multi-coupes, ces index sont les plus appropriés quelque soit l’épaisseur des coupes. Cependant, cette épaisseur influençant ces index, elle doit aussi être maintenue constante au cours de suivis longitudinaux.<p><p>L’inspiration incomplète induit une sous-estimation statistiquement significative mais cliniquement insignifiante de l’étendue de l’emphysème pulmonaire. La destruction du tissu pulmonaire et l’hyperinflation ont des influences séparées sur les index TDM, faisant recommander leur ajustement aux valeurs prédites de la CPT.<p><p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Il existe plusieurs types d’agressions environnementales : biologiques (virus, bactéries…), chimiques (gaz, fumées, métaux…), physiques (bruits, rayonnements…), et d’autres telles que le stress par exemple. L’appareil respiratoire, qui représente une interface majeure avec l’environnement, est particulièrement vulnérable vis-à-vis de ces agressions, qui ont souvent des conséquences pulmonaires, pouvant parfois conduire au décès. Le tabac notamment est la cause de près de 100 millions de décès au cours du XXème siècle d’après l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), et sera la cause d’environ un milliard de décès au prochain siècle. L’exposition à la fumée de cigarette engendre une inflammation chronique et est souvent corrélée au développement de cancers (1), mais induit aussi de nombreuses autres pathologies pulmonaires telles que la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) / There are several types of environmental attacks: biological (viruses, bacteria …), chemical (gases, smokes, metals …), physical appearances (rumours, brilliances …), and others such as the stress for example. The respiratory system, which represents a major interface with the environment, is particularly vulnerable towards these attacks, which often have lung consequences, being able to sometimes lead to the death. The tobacco in particular is the cause of about 100 million deaths during the XXth century according to the World Health Organization (WHO), and will be the cause about a billion deaths in the next century. The exhibition in the smoke of cigarette engenders a chronic inflammation and is often correlated in the development of cancers (1), but also leads of numerous

La sénescence, perte irréversible des capacités réplicatives des cellules associée à la sécrétion de médiateurs inflammatoires, pourrait participer au développement de l'atteinte pulmonaire dans la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) en initiant, maintenant et propageant un état inflammatoire. L'objectif de ce travail était d'évaluer les mécanismes de la sénescence impliqués dans l'induction et le maintien de l'inflammation au cours de la BPCO. Ainsi, des fibroblastes pulmonaires de témoins et de patients atteints de BPCO ont été mis en culture à long terme. Un phénotype sénescent majoré associée à un sécrétome pro-inflammatoire était détectée dans les fibroblastes de patients avec BPCO par rapport aux témoins. Par ailleurs, ces fibroblastes présentaient une expression accrue des récepteurs à la PGE2 (EP2 /4)au stade non sénescent et une production accrue de PGE2, un médiateur lipidique pro-inflammatoire, au stade sénescent. Dans cette optique, une partie du travail a consisté à déterminer si la PGE2 pouvait induire la sénescence et l'inflammation des fibroblastes pulmonaires de sujets atteints ou non de BPCO. Nous avons pu démontrer que la PGE2 synthétisée par les fibroblastes sénescents induisait, maintenait (effet autocrine) et propageait (effet paracrine) la sénescence et l'inflammation associée via une voie EP2/4 / COX-2 / oxydants / p53. L'implication des oxydants dans l'induction de la sénescence nous a conduit à étudier les effets de l'hème oxygénase (HO)-1, un système anti-oxydant et anti-inflammatoire sur la prévention de la sénescence des fibroblastes pulmonaires. Ainsi, des fibroblastes pulmonaires ont été traités chroniquement avec des substances pharmacologiques modulant l'activité d'HO-1. Des résultats préliminaires nous ont permis d'observer que l'activation de HO-1 prévenait l'induction de la sénescence chez des fibroblastes pulmonaires de témoins et de BPCO. Au total, la modulation des voies de la PGE2 et de l'HO-1 pourrait contribuer à limiter la sénescence des fibroblastes pulmonaires dans la BPCO / Cellular senescence, a state of irreversible loss of replicative capacity associated with the secretion of inflammatory mediators, could participate in the development of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) by initiating, maintaining and propagating an inflammatory state. The aim of this PhD project was to evaluate the mechanisms involved in senescence induction in COPD lung fibroblasts. COPD fibroblasts exhibited an increased senescent phenotype as compared to control cells. In addition, COPD fibroblasts showed an increased PGE2 receptors (EP2 /4) expression at non senescent stage and PGE2 production, apro-inflammatory lipid mediator at senescent stage. In this context, one part of the study was devoted to determine whether PGE2 could induce senescence of lung fibroblasts of subjects with and without COPD. We have shown that PGE2 synthesized by senescent fibroblasts induced, maintained (autocrine effect) and propagated (paracrine effect) senescence and associated inflammation via EP2 /4 / COX-2 / oxidants / p53 pathway. The essential role of oxidants production in the induction of senescence in COPD led us to study the effects of heme oxygenase (HO)-1, an antioxidant and anti-inflammatory system on the prevention of senescence in COPD fibroblasts. Pharmacological activation of HO-1 by hemin prevented the induction of senescence in lung fibroblasts from COPD patients probably in relation with an anti -oxidant effect. The modulation of PGE2 and HO-1 pathways may contribute to attenuate fibroblasts senescence in COPD

De nouvelles approches quantitatives ou fonctionnelles d'imagerie de la BPCO (bronchopneumopathie chronique obstructive) sont possibles en scanner à 64 coupes par rotation. Elles impliquent l'utilisation de logiciels dédiés, permettant la quantification de l'emphysème ou la détection de shunts via le foramen ovale, plus fréquents dans la BPCO, par analyse des courbes de rehaussement auriculaire gauche.<br />Une autre approche est d'utiliser la synchronisation cardiaque, pour évaluer les structures d'intérêt à différentes phases du cycle cardiaque, ce qui donne une information fonctionnelle utile pour la détection de l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) de la BPCO.<br />Le but de ce travail, organisé en 3 parties, a été d'évaluer la faisabilité et les performances diagnostiques obtenues avec ces nouvelles applications.<br />1- Quantification des volumes pulmonaires et du pourcentage d'emphysème<br />Nous avons évalué un logiciel protoytpe (Mevis Pulmo) qui permet un calcul des volumes pulmonaires et une quantification de l'emphysème, après segmentation pulmonaire et seuillage des densités. Les résultats peuvent être obtenus de façon globale, individuellement pour chaque poumon et séparément pour chacun des 5 lobes. Les limites anatomiques lobaires sont reconnues de façon automatique (quantification automatique) mais elles peuvent être corrigées si nécessaire (quantification semi-automatique).<br />Nous avons comparé quantification automatique, semi-automatique et visuelle selon un score classique en 5 grades, chez 47 patients présentant une BPCO sévère. Ces patients étaient évalués avant éventuelle réduction endoscopique, par un scanner sans injection en inspiration et expiration.<br />Il n'y a pas de différence significative du pourcentage d'emphysème estimé par quantification automatique et semi automatique (p>0.05 dans les 5 lobes). Les coefficients de corrélation intraclasse sont supérieurs à 0.8 (concordance excellente) sauf pour le lobe supérieur droit (0.68, bonne concordance) et le lobe moyen (0.53, concordance moyenne). La concordance avec le score visuel est bonne (kappa: 0.76; IC 95% 0.58 à 0.94).<br />Le logiciel utilisé permet également d'évaluer les volumes pulmonaires en inspiration et expiration et de les comparer aux volumes de référence en pléthysmographie. Le volume tomodensitométrique (TDM) inspiratoire est corrélé à la capacité pulmonaire totale (CPT) en pléthysmographie (r= 0.8, p< 0.0001) ; la différence moyenne est de -7.7% (valeurs extrêmes: -48.8 à 28.2%). Le volume TDM expiratoire est corrélé au volume résiduel (VR) (r=0.79, p< 0.0001) ; la différence moyenne est de 9.7% (valeurs extrêmes: - 17.9 à 43.3%). Le volume TDM expiratoire est également corrélé au Volume expiratoire maximal en 1 seconde (VEMS) (r=-55, p<0.0001). Le pourcentage d'emphysème est corrélé aux volumes TDM inspiratoire et expiratoire (r= 0.56 et 0.53, p< 0.0001) et au VEMS (r= -0.69, p<0.0001).<br />Le logiciel testé permet donc une quantification lobaire automatique fiable de l'emphysème et une mesure des volumes pulmonaires en TDM pertinente pour évaluer fonctionnellement la sévérité de la BPCO.<br />2- Détection de la perméabilité du foramen ovale en scanner 64 coupes non synchronisé<br />Cette étude a été menée prospectivement chez 105 patients évalués en échographie transoesophagienne (ETO) pour rechercher un foramen ovale perméable et qui donnaient leur consentement pour une exploration tomodensitométrique réalisée le même jour. Après injection de contraste au cours d'une manoeuvre de Valsalva, une acquisition couvrant toute la largeur du détecteur (28.8 mm) était centrée sur la fosse ovale, en continu toutes les 0.5 secondes pendant 7 secondes. Les 128 images résultantes ont été analysées visuellement, à la recherche d'une opacification auriculaire gauche précédant le retour veineux pulmonaire. Les courbes de rehaussement auriculaire gauche (Logiciel DynEva) ont été analysées à la recherche d'un pic précoce de rehaussement.<br />La perméabilité du foramen ovale est détectée avec une sensibilité globale de 55% (IC 95%, 0.38 - 0.70) et une spécificité de 98% (IC 95%, 0.91 - 0.99). Les performances dépendent du grade du shunt en ETO, utilisé comme gold standard. La sensibilité varie entre 28% pour les shunts de grade 1 et 91% pour les shunts de grade 4. L'analyse des courbes de rehaussement n'augmente pas la sensibilité du scanner. La dose moyenne requise est de 2.3 mSv.<br />Ces résultats permettent d'envisager d'associer la recherche de shunts de haut grade via le foramen ovale à l'analyse tomodensitométrique du parenchyme pulmonaire, dans des contextes d'hypoxémie inexpliquée ou paradoxale,<br />3- Proposition de nouveaux critères prédictifs d'HTAP en scanner multi coupes synchronisé<br />La synchronisation à l'ECG permet d'étudier des paramètres tels que la distensibilité artérielle pulmonaire, l'épaisseur du myocarde infundibulaire et les variations en systole et diastole des mensurations infundibulaires.<br />Ces paramètres ont été analysés dans 2 groupes de patients (groupe 1, 21 patients avec HTAP; groupe 2, 24 patients sans HATP) évalués par cathétérisme cardiaque droit dans le cadre de leur prise en charge clinique. Les données brutes des examens tomodensitométriques (TDM) ont été reconstruites en coupes de 1mm d'épaisseur jointives, tous les 10% du cycle cardiaque.<br />La distensibilité de l'artère pulmonaire droite est calculée à partir de mesures de la surface de section de l'artère, effectuées tous les 10% de l'intervalle R-R. A partir des 10 valeurs obtenues, la valeur maximale de surface de section (SSmax) et la valeur minimale (SSmin) sont repérées. La distensibilité est calculée par l'équation suivante : (SSmax-SSmin)/SSmax.<br />La distensibilité est également calculée selon une méthode simplifiée à partir de deux mesures l'une à 20% du R-R, l'autre à 80%. Ces fenêtres temporelles ont été identifiées comme celles où les valeurs extrêmes de surface de section sont observées dans les deux groupes de patients. L'épaisseur myocardique, le diamètre antéropostérieur et la surface de section infundibulaires sont mesurés en systole et diastole à 30% et 90% du R-R, 1 cm au dessous de la valve pulmonaire. Les mesures de ces paramètres montrent une bonne concordance inter observateur, à l'exception de l'épaisseur systolique infundibulaire. Les valeurs médianes sont significativement différentes pour les deux groupes de patients, à l'exception des dimensions diastoliques infundibulaires. La distensibilité artérielle pulmonaire est le paramètre pour lequel l'aire sous la courbe ROC est la plus large (0.951 ; IC 95%, 0.894 - 1) et qui apparaît le mieux corrélé à la pression artérielle pulmonaire (r=-073, p<0.0001).<br />La distensibilité calculée selon la méthode simplifiée a les mêmes performances. Ce paramètre pourrait être évalué en routine pour détecter l'HTAP chez les patients présentant une BPCO, afin de restreindre les indications de cathétérisme cardiaque droit, méthode d'exploration invasive.

Les mécanismes de l'emphysème pulmonaire, caractérisé par la destruction des alvéoles pulmonaire, sont incomplètement connus. L'hypothèse défendue par cette thèse est qu'une altération des systèmes d'alvéologénèse et de réparation alvéolaire portés par les fibroblastes pulmonaires contribue au développement des lésions au cours de cette maladie. Les travaux présentés ici ont permis d'établir que les fibroblastes pulmonaires cultivés in vitro à partir de poumon emphysémateux présentaient un phénotype altéré dans le sens d'une perte de leur capacité à participer à la régénération et à la réparation des alvéoles : Ces cellules sécrétaient à un niveau faible ou non stimulable le Hepatocyte Growth Factor et le Keratinocyte Growth Factor (KGF), qui ciblent les cellules épithéliales et endothéliales de l'alvéole. De plus, l'expression par ces cellules de l'élastine, le composant majeur de la matrice extracellulaire pulmonaire, n'était pas induite par l'acide tout-trans rétinoïque, stimulus central de l'alvéologénèse, du fait d'une faible expression de Cellular Retinoic Acid Binding Protein 2 (CRABP2). Le rôle du KGF dans l'homéostasie de l'alvéole a été démontré dans le modèle d'emphysème induit par l'élastase in vivo : Les souris traitées par le KGF avant l'instillation d'élastase étaient protégées de l'emphysème. Les souris dont le gène de CRABP2 était inactivé de façon globale n'étaient pas sensibilisées vis-à-vis de l'emphysème dans ce modèle. Les données physiopathologiques présentées dans ce mémoire pourraient contribuer à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour l'emphysème.

Dans ce travail de recherche doctorale, l'IRM des poumons à temps d'écho courts dite UTE (Ultra-short EchoTime) a été utilisée pour détecter le signal RMN du tissu pulmonaire afin de caractériser et étudier des modèlesexpérimentaux de maladies pulmonaires chez les rongeurs (rats et souris). En particulier, la technique radialeUTE a été appliquée pour détecter des biomarqueurs dans des modèles de broncho-pneumopathie chroniqueobstructive (BPCO) induite expérimentalement chez les rongeurs. La détection du signal RMN en provenancedu parenchyme pulmonaire a fourni de précieux indicateurs de la maladie associés à l'élargissement des alvéolespulmonaires et aux processus inflammatoires. De plus, la simplicité de mise en oeuvre de cette technique(absence de synchronisation cardiaque et pulmonaire) permet de réduire les temps d'acquisition et apparait bienadaptée aux études longitudinales. La mesure répétée du centre de l'espace-k à chaque temps de répétition de laséquence a été utilisée pour développer une méthode de post-synchronisation reposant sur la détection desmouvements cardio-respiratoires, et permettant de produire des images sans artefacts de mouvement.

Dans ce travail de recherche doctorale, l’IRM des poumons à temps d'écho courts dite UTE (Ultra-short EchoTime) a été utilisée pour détecter le signal RMN du tissu pulmonaire afin de caractériser et étudier des modèlesexpérimentaux de maladies pulmonaires chez les rongeurs (rats et souris). En particulier, la technique radialeUTE a été appliquée pour détecter des biomarqueurs dans des modèles de broncho-pneumopathie chroniqueobstructive (BPCO) induite expérimentalement chez les rongeurs. La détection du signal RMN en provenancedu parenchyme pulmonaire a fourni de précieux indicateurs de la maladie associés à l'élargissement des alvéolespulmonaires et aux processus inflammatoires. De plus, la simplicité de mise en oeuvre de cette technique(absence de synchronisation cardiaque et pulmonaire) permet de réduire les temps d’acquisition et apparait bienadaptée aux études longitudinales. La mesure répétée du centre de l’espace-k à chaque temps de répétition de laséquence a été utilisée pour développer une méthode de post-synchronisation reposant sur la détection desmouvements cardio-respiratoires, et permettant de produire des images sans artefacts de mouvement. / In this work, ultra-short echo time (UTE) MR imaging of the lungs is presented as a way of detecting pulmonaryMRI signal, thus providing an opportunity to develop new imaging tools for the investigation of experimentalmodels of lung diseases in rodents. The UTE imaging technique (TE=450 μs) was implemented on a 4.7 Tscanner and applied to detect indicators of Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) inducedexperimentally in rodents. The improved signal detection from the lung parenchyma provided valuable markersof disease associated with airspace enlargement and inflammation. When used to investigate of inflammationspecificity, this technique had advantages when delineating regions of early cellular infiltration into the site ofinflammation. In the case of edematous signal quantification, the UTE technique was explored to improve thereliability of the volumetric measurements. This technique was demonstrated to be of use when easy protocolimplementation (relatively high throughput and low-cost experiments) and longitudinal studies (limitedinterference with physiopathology) are of concern. The repetitive probing of the k-space center with a temporalresolution of the sequence's repetition time achieved with this technique was used to develop a self-gatingmethod which relies on the tracking of cardio-respiratory motions, yielding images free from motion artifacts.

Les maladies pulmonaires obstructives chroniques (MPOC) sont une cause importante de mortalité et de morbidité dans le monde. L'emphysème pulmonaire fait partie de ces maladies. Il est caractérisé par une inflammation pulmonaire chronique ainsi qu'un élargissement des alvéoles et aucun traitement efficace n'est disponible à ce jour. La préélafine est une protéine de petite taille (9.9 kDa) constituée de deux domaines distincts: un domaine cémentoïne dont la fonction est peu connue et un domaine WAP responsable de l'inhibition protéolytique. La fonction la plus connue de la préélafine est l'inhibition spécifique de peptidases à serine. Cette protéine possède aussi un pouvoir anti-inflammatoire et est un agent anti-microbien, notamment contre Pseudomonas aeruginosa. La préélafine est exprimée localement, entre autres au niveau des alvéoles pulmonaires, et son expression est augmentée lors de réactions inflammatoires. Mon projet de doctorat a consisté à étudier les fonctions de la préélafine dans le contexte de l'inflammation pulmonaire et de faire la relation entre sa structure protéique et ses fonctions biologiques. La première étude présentée dans cette thèse décrit l'effet de la préélafine sur l'inflammation et la destruction du tissu pulmonaire dans un modèle murin d'emphysème pulmonaire induit par l'élastase. Lors de ces expérimentations, nous avons démontré que la préélafine était efficace à diminuer l'accumulation de neutrophiles 24 heures après le traitement et qu'elle empêchait l'élargissement des alvéoles observé deux semaines après l'administration d'élastase. La préélafine permet aussi l'accumulation du granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) au sein des poumons. Ce facteur est associé à la réparation des alvéoles suite à des lésions et ce résultat suggère que la préélafine serait impliquée dans le processus de réparation tissulaire. Le deuxième article présente l'implication de la fonction anti-protéolytique de la préélafine dans sa capacité anti-inflammatoire et de protection pulmonaire en utilisant le même modèle animal. L'étude de deux mutants de la préélafine présentant des activités inhibitrices réduites démontre que les interactions hydrophobes entre l'inhibiteur et la peptidase au site Pl'- Sl' sont essentielles à l'inhibition protéolytique. La préélafine et ses variants sont tous efficaces à réduire la quantité de neutrophiles retrouvés dans les alvéoles 24 heures après le traitement des animaux à l'élastase. Ceci indique que la préélafine possède une fonction anti-inflammatoire dissociée de son inhibition protéolytique. Toutefois, la fonction anti-protéolytique de la préélafine est absolument nécessaire afin de préserver l'intégrité structurale pulmonaire et ainsi protéger contre les lésions emphysémateuses. L'inhibition protéolytique est aussi requise afin d'observer une augmentation du G-CSF dans les lavages bronchoalvéolaires (LBA). Finalement, des résultats complémentaires, joints en annexe, présentent l'effet de l'héparine sur l'inhibition de l'élastase neutrophilique humaine (ENH) par la préélafine et ses variants ainsi que la mise au point d'un nouveau système d'expression de la préélafine. Donc, nos travaux ont démontré que la préélafine était efficace à diminuer l'influx neutrophilique et à préserver le poumon contre la destruction suite à une réaction inflammatoire aigûe. Certaines de ces fonctions sont dissociées de la fonction inhibitrice de la préélafine. De plus, nos résultats suggèrent que la préélafine serait impliquée dans la réparation du tissu pulmonaire après que des dommages aient été causés à celui-ci. Ceci fait donc de la préélafine une molécule présentant un potentiel intéressant pour le traitement des personnes souffrant de maladies pulmonaires obstructives chroniques.

Ce travail présente une étude expérimentale sur l'effet de la diffusion restreinte de l'hélium-3 hyperpolarisé dans l'acinus pulmonaire effectuée à bas champ magnétique 0,1 T. Plusieurs fantômes avec différentes tailles et connections modélisant l'acinus humain sain et à un stade précoce de l'emphysème ont été réalisés selon le modèle de Kitaoka. L'atténuation du signal dévie par rapport au comportement prévu de décroissance exponentielle en G2, G étant l'intensité de gradient. Cette observation indique une certaine ambiguïté sur la possibilité de quantifier de façon absolue le coefficient de diffusion apparent (ADC), sauf dans la limite G faible. Des simulations Monte-Carlo sont en bon accord avec les mesures. Des séquences originales rapides basées sur le principe des échos de spin multiples ont été développées, pour accéder à une valeur globale d'ADC à des temps longs permettant l'exploration du gaz dans toute la structure de branchement de l'acinus. Des mesures sur un modèle animal d'emphysème (rat) ont été comparées à des cartes obtenues à partir d'acquisitions standard avec petits angles de basculement, elles indiquent une augmentation systématique et toujours significative des ADC par rapport au contrôle sain, pour plusieurs protocoles de mesure. La méthode globale a une meilleure sensibilité que la cartographie standard, en outre elle donne un plus fort contraste d'ADC entre animaux sains et avec emphysème du fait de la possibilité d'employer des valeurs de G plus faibles. Ces outils de mesure de diffusion par IRM et RMN des gaz hyperpolarisés ouvrent des voies prometteuses aussi bien pour la physique de la diffusion que pour les applications médicales.