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

Thèse de doctorat : Sciences de la vie et de la santé : Paris 12 : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre.

Bone morphogenetic proteins (BMPs) can induce osteoblast differentiation during bone formation and repair. BMP-2 is currently the most used BMP in delivery systems (DSs) for growth factors. Approved by the US Food and Drug Administration, BMP-2 and type I collagen are already used in orthopaedic clinical applications. Recently, studies demontrated that BMP-9 has a higher osteogenic potential than BMP-2. However, high purification costs of BMPs limit their use. So, alternatives such as peptides derived from BMPs are studied. We have developped a peptide derived from the knuckle epitope of human BMP-9 (pBMP-9) which inhibits the proliferation of murine preosteoblasts MC3T3-E1 and increases their differentiation when used at 400 ng/mL. This study first compares in vitro the effects of equimolar concentrations (1.92 nM) of BMP-2, BMP-9 or pBMP-9 on the differentiation of MC3T3-E1 in serum-free medium. Like BMP-2, BMP-9 and pBMP-9 both activate Smads signaling pathway within 1h. In contrary to BMP-2, the Smad phosphorylation induced by BMP-9 and pBMP-9 is not prevented by noggin, an extracellular antagonist of BMP-2. Moreover, BMP-9 and pBMP-9 increase dose dependently alkaline phosphatase activity, an early marker of osteoblast differentiation within 1 day. Quantitative real-time polymerase chain reaction (qPCR) analysis demonstrates that BMP-2, BMP-9 and pBMP-9 all activate the transcription of Runx2, Osterix, type I collagen a1 chain and Osteocalcin within 6 days. Osteocalcin is the only truly osteoblast-specific gene that encodes for a protein required for Ca[superscript 2+] deposition in the extracellular matrix and subsequent mineralization. The peptide pBMP-9 allows a slight deposition of calcium ions (Ca[superscript 2+]) in the extracellular matrix of cells within 18 days. To favor efficiency of these molecules, DSs for BMP-9 or pBMP-9 using type I collagen gel or chitosan matrix have been studied. Collagen and chitosan DSs release in vitro within 1h about 35% and 80% of the initial dose of BMP-9 respectively. A slower release of pBMP-9 is observed in both DSs. The release of BMP-9 and pBMP-9 from both DSs follows Korsmeyer-Peppas kinetics. Collagen DS containing 3.84 nM BMP-2, BMP-9 or pBMP-9 activates in vitro the expression of osteogenic genes in MC3T3-E1 cells within 6 days. 6.35 [micro]g BMP-9 or 100 [micro]g pBMP-9 incorporated into chitosan DS can induce in vivo bone formation in C57BL/6 mouse quadriceps muscles within 24 days. Furthermore, collagen DS is less efficient than chitosan DS. Since BMPs can also influence adipogenic cell lineages, the effects of 3.84 nM BMP-2, BMP-9 or pBMP-9 have been studied on human white preadipocytes (HWP). pBMP-9 dose dependently reduces the proliferation of HWP without affecting the number of apoptotic cells. Incubation for 1h with BMPs or pBMP-9 activates the Smad pathway. These molecules also enhance the levels of the mRNA of the adipogenic markers aP2 and adipoQ and increase the number of lipid vesicles within 7 days in adipogenic differentiation (AD) serum-free medium containing ciglitazone. Thus, pBMP-9 seems a promising replacement for costly BMP in tissue engineering applications since this molecule can favor osteogenic differentiation of preosteoblasts and adipogenic differentiation of preadipocytes in serum-free medium.

L'invasion des matrices de fibrine par les cellules endothéliales est un événement clé dans l'angiogenèse. Dans ce travail, nous avons utilisé un modèle d'angiogenèse in vitro qui consiste en des cellules endothéliales humaines cultivées dans une matrice de fibrine en trois dimensions (3D). Ce modèle reproduit au mieux le microenvironnement cellulaire en 3D in vivo. En parallèle, nous avons testé plusieurs molécules nutraceutiques sur ce modèle cellulaire afin de démontrer leur effet sur la fibrinolyse lors de l'angiogenèse. Nous démontrons que l'habilité des cellules endothéliales à pénétrer dans une matrice de fibrine en 3 dimensions est induite par le VEGF. La fibrinolyse dépendante du VEGF a été complètement contrée par le PAl-1, BB-94, aprotinine et TIMP-2 suggérant l'implication du système activateur de plasminogène/plasmine ainsi que celui des métalloprotéinases. De plus, les anticorps neutralisants anti t-PA ont complètement inhibé la fibrinolyse. Dans l'étude nutraceutique, nous avons prouvé que certaines molécules dérivées de l'alimentation ont un pouvoir antiangiogénique en bloquant la fibrinolyse dans notre modèle cellulaire en agissant principalement sur la sécrétion du t-PA. Ces résultats suggèrent une relation étroite entre le système des MMP et celui des activateurs du plasminogène pour une protéolyse efficace de la matrice de fibrine, et précise l'effet antiangiogénique des polyphénols par leur action sur le t-PA et probablement sur les MMP. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Activateur de type tissulaire du plasminogène, Facteur de croissance de l'endothélium vasculaire, Dégradation de fibrine, Métalloprotéinases, Polyphénols, Antiangiogénèse.

Thèse de doctorat : Biochimie, biologie cellulaire et moléculaire : Paris 12 : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Thèse de doctorat : Sciences de la vie et de la santé : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille) : 3292. Résumé en français et en anglais. Textes en français et en anglais. Bibliogr. p. 239-274.

Thèse de doctorat : Physiologie et physiopathologie des appareils respiratoires : Paris 12 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Pagination : 106 f. Bibliogr. f. 81-100.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physiopathologie moléculaire, cellulaire et intégrée : Toulouse 3 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 273-274.

L’oestradiol est l’une des hormones sécrétées par les ovaires. Non seulement impliquée dans le développement des organes sexuels chez les femmes, cette hormone aurait également un rôle important dans la carcinogénèse. En effet, l’oestradiol agit comme facteur de croissance dans le cancer, et c’est pourquoi la thérapie anti-hormone apparaît efficace dans le traitement du cancer du sein. Dans ce projet, nous avons étudié comment une seule molécule pouvait être aussi polyvalente, en modifiant certains cofacteurs altérant ainsi l’expression de certains gènes. L'Œstradiol agit sur l’ADN en recrutant le récepteur aux œstrogènes via les éléments hormonaux-sensibles. La liaison des œstrogènes sur leurs récepteurs induit un changement dans leur conformation et déclenche le recrutement de co-activateurs. Ces co-activateurs, tels CARM1 et CBP qui sont des enzymes épigénétiques majeures, sont recrutés par les gènes cibles des œstrogènes. Bien que ce mécanisme soit connu, la signification fonctionnelle du recrutement d’HAT et d’une méthyltransférase restait toujours non élucidée. Au cours de ma thèse, j’ai démontré que la protéine CBP est spécifiquement et exclusivement méthylée par CARM1 in vivo et qu’il existe plusieurs formes de méthyl-CBP qui recrutent et régulent différents gènes clefs dans la voie de signalisation des œstrogènes. Pour la première fois, nous avons défini un « code pour les modifications des co-activateurs », qui est impliqué dans la réponse endocrinienne et pourrait être dérégulé dans la progression tumorale du cancer du sein. Ces résultats mettent en évidence la régulation croisée entre les deux enzymes épigénétiques CARM1 et CBP comme une réponse essentielle aux œstrogènes et révèlent pour la première fois le mécanisme singulier par lequel les gènes cibles des œstrogènes sont régulés. / Estradiol is one of the hormones secreted by the ovaries. Not only involved in sexual development of women, this hormone would also have a significant role in carcinogenesis. Indeed estradiol acts as growth factor in cancer and this is why anti-hormone therapy is effective in breast cancer. In this project we investigated how a single molecule can be so diverse with respect to modulating certain cofactors and thus altering gene expression. Estradiol acts on DNA by recruiting the estrogen receptor on the hormone responsive elements. The binding of estrogen to its receptor induces a conformation change on the receptor which mediates the recruitment of co-activators. Coactivators such as CARM1 and CBP which are major epigenetic enzymes are recruited on estrogen target genes. Although this mechanism was known, the functional significance of recruiting a HAT and a methyltrasferase was still impending. In my thesis, I have shown that CBP is specifically and exclusively methylated by CARM1 in vivo and that there are several combinations of methyl CBP species which recruit and regulate distinct gene hubs in estrogen signaling. For the first time we define a “code for coactivator modifications”, which is involved in endocrine response and could be deregulated in tumor progression in breast cancer. These results identify the cross regulation between the two epigenetic enzymes CARM1 and CBP as a pivotal response to estrogen and reveal for the first time a distinct mechanism by which estrogen target genes are regulated.

Le vieillissement croissant de la population canadienne aura une incidence, dans les années à venir, sur les risques de fractures ostéoporotiques et autres pathologies de l'os. Parmi ces risques, les fractures avec pertes osseuses présentent des défis considérables et causent un lourd fardeau économique. La société Ostéoporose Canada estime que plus de 30 milliards de dollars seront dépensés pour le traitement de l’ostéoporose et de leurs fractures associées d’ici 2018. La méthode de comblement des pertes osseuses standard actuelle, soit l'autogreffe, est limitée et présente des risques pour le patient. À titre d'alternative, deux stratégies ont été jusqu'à maintenant étudiées: les systèmes de libération de facteurs de croissance (« growth factor delivery systems », GFDS) et le développement de matériaux biomimétiques. Ces deux stratégies ont comme point commun l'utilisation de facteurs de croissance ostéogéniques comme les protéines morphogénétiques osseuses (BMPs), telles la BMP-2 (référence commerciale) et la BMP-9. Malgré leur effet important, les BMPs restent couteuses à produire. Le laboratoire de N. Faucheux a développé un peptide (pBMP-9) dérivé de la BMP-9 qui possède un effet ostéogénique démontré, mais dont les mécanismes d’action et le comportement en système de libération restent à être étudiés. Les objectifs de ce projet de recherche ont donc porté sur l’étude du comportement de cellules osseuses préostéoblastes murins (MC3T3-E1) face à ces facteurs de croissance ainsi que sur le suivi et la modélisation des cinétiques de libération du pBMP-9 à partir d’une matrice de collagène, utilisée actuellement en clinique. Le mémoire possède ainsi trois volets. Le premier volet de ces travaux a consisté à faire une revue de la littérature sur le processus de régénération osseuse endochondrale afin de bien comprendre le rôle joué par les facteurs de croissance et cerner les défis de conception d’un GFDS utilisé en régénération osseuse. Les nouvelles approches de GFDS ont été revues en détail ainsi que les principaux modèles mathématiques développés et appliqués aux molécules thérapeutiques. Cette revue de la littérature a été publiée dans Journal of Controlled Release. Le second volet de ces travaux s’est penché sur l’étude et la modélisation mathématique des cinétiques de libération du pBMP-9 à partir d’hydrogels de collagène. Les résultats expérimentaux ont mené à la rédaction d’un article qui vient d’être accepté dans la revue Journal of Controlled Release. Cette étude consistait à évaluer les mécanismes de transfert de masse impliqués dans la libération pour différentes concentrations de pBMP-9 à partir d'hydrogels de collagène. Les cinétiques de libération ont été modélisées et ont montré la présence d'interactions importantes entre le pBMP-9 et les fibres de collagène. Le troisième volet a consisté à déterminer l'effet dose de la BMP-9 et de la BMP-2 sur la capacité des MC3T3-E1 à se différencier en présence ou en absence de sérum de veau foetal (« foetal bovine serum », FBS). Ces travaux ont conduit à la rédaction d’un article qui vient d’être accepté dans la revue Tissue Engineering Part A. La BMP-9 étant jusqu'alors mal comprise, l'étude s'est penchée sur cette protéine tout en ayant comme objectif de transposer les connaissances au pBMP-9. Les résultats ont démontré que les mécanismes d'action de la BMP-9 étaient très différents de ceux de la BMP-2 en présence de FBS. Les résultats ont également permis d'établir que, à l'instar de la BMP-2, la présence de FBS potentialise fortement l'effet ostéogénique de la BMP-9. Cet effet a d’ailleurs pu être récréé par l’IGF-2. Les conclusions de ce travail favoriseront le développement de systèmes de libération ostéogéniques plus efficaces.