La circulation collatérale non coronarienne (CCNC) perfuse le cœur en provenant d'artères bronchiques, médiastinales et péricardiques. L'éventualité que la CCNC puisse être artificiellement augmentée pour fournir un traitement alternatif pour les patients ischémiques représente une hypothèse intrigante sans réponse en raison de la nature difficile de ce champ derecherche. En se basant sur plusieurs aspects, tel que (1) l'existence des collatérales naturelles entre les artères coronaires et les artères thoraciques internes (ATIs), (2) les effets potentiels de la ligature des ATIs; (3) la capacité des ATIs de développer d'importantes branches collatérales ; (4) et la disponibilité actuelle des facteurs de croissance vasculaire, l'hypothèse ici décrite est que l'augmentation de la CCNC pourrait représenter une stratégie alternative d'apport sanguin au coeur.Ainsi, l'association d'occlusion des ATIs et de l'administration des facteurs de croissance pourrait représenter un moyen de poursuivre cet objectif. Pour le premier travail de recherche, nous avons établi un modèle canin.

Le myélome multiple (MM) est une néoplasie B caractérisé par l'accumulation d'un clone plasmocytaire dans la moelle osseuse. Cette pathologie demeure incurable d'où la nécessité d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. C'est notamment dans cette optique que nous avons initié, au sein du laboratoire, un travail de comparaison des profils d'expression génique des plasmocytes tumoraux purifiés de malades avec ceux de plasmocytes normaux et de lymphocytes B, ce qui permettra l'identification de nouvelles voies importantes pour la biologie du MM et donc de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles.<br />Par cette approche, nous avons mis en évidence un rôle essentiel des membres de la famille BAFF/APRIL et de leurs récepteurs (BCMA, BAFF-R et TACI) dans la biologie du MM. Les cellules de MM expriment les récepteurs alors que les ligands sont principalement produits par les cellules de l'environnement médullaire. L'utilisation d'un inhibiteur spécifique de BAFF/APRIL a permis de montrer que ces facteurs de croissance sont importants pour la survie et la prolifération des cellules tumorales. TACI apparaît être le récepteur principal pour médier l'effet de BAFF et APRIL dans le MM. Une forte expression de TACI par les cellules de MM est associée à une signature génique de plasmocytes matures alors que les plasmocytes tumoraux présentant une faibles expression de TACI ont une signature génique de plasmablastes proliférants. Nous avons montré que syndecan-1, un protéoglycane à chaînes héparane sulfate joue un rôle essentiel dans la biologie du MM en permettant l'accumulation de fortes concentrations de facteurs de croissance à la surface des cellules. Nous avons identifié que syndecan-1 joue un rôle de corécepteur pour APRIL et TACI supportant ainsi la croissance des cellules de MM. <br />Ces travaux offrent de nouvelles perspectives thérapeutiques pour le MM et ont débouché sur un essai clinique de phase I/II, au CHU de Montpellier, utilisant un inhibiteur de la voie BAFF/APRIL dans le MM.

Résumé: La Scoliose Idiopathique de l’Adolescent (SIA) est une condition débilitante qui peut avoir comme résultat une douleur importante, une altération du fonctionnement quotidien et une détérioration de la qualité de vie. Pour les patients qui ne répondent pas au traitement conservateur, la fusion vertébrale, en utilisant des greffes osseuses, est devenue un traitement de choix pour stabiliser la colonne. Des connaissances plus pointues à propos des facteurs impliqués dans l’ostéogénèse et la formation de l’os peuvent raccourcir le processus de guérison et permettre aux patients de réintégrer leurs activités dans un laps de temps plus court. Les plaquettes peuvent jouer un rôle important dans la première étape de la guérison des fractures car elles sont une source autologue de plusieurs facteurs de croissance qui soutiennent la prolifération et la différenciation des ostéoblastes in vivo et in vitro. Au cours des dernières années, plusieurs tentatives ont été réalisées afin de trouver des traitements additionnels pour : 1) Raccourcir le temps de guérison des fractures relativement long ; 2) Obtenir une plus courte période de convalescence pour les patients qui ont besoin de prothèses ; 3) Corriger plus facilement plusieurs maladies congénitales; 4) Améliorer le processus de fusion vertébrale et 5) Développer de nouvelles approches thérapeutiques, notamment au niveau des processus régularisant le remodelage osseux et la régénération des tissus osseux. Dans le cadre de la présente étude, j’ai étudié la contribution possible du facteur de croissance de l’insuline (IGF) et du facteur vasculaire endothélial de croissance (VEGF) sur la maturation de l’ostéoblaste scoliotique dans des cultures cellulaires in vitro et j’ai comparé les résultats avec celles obtenues dans les mêmes conditions mais en stimulant les ostéoblastes avec de la mélatonine. Cette étude préliminaire a été réalisée sur des échantillons d’os récoltés de quatre patients atteints par la Scoliose Idiopathique de l‘Adolescent (SIA), ainsi que sur des échantillons d’os issus de quatre sujets témoins (cas traumatiques). Les résultats montrent que l’IGFs et le VEGFs possèdent une action d’inhibition sur la prolifération d’ostéoblastes scoliotiques et non scoliotiques, et que cette action est proportionnelle à la concentration de ces facteurs. Les ostéoblastes scoliotiques tendent à avoir une prolifération cellulaire plus rapide et plus élevée que les témoins non scoliotiques. De façon générale les ostéoblastes provenant de patients scoliotiques ont une ostéogénèse in vitro plus accélérée que le sujet non scoliotique. De plus, il semble que la mélatonine joue un rôle physiologique dans la différenciation de l’ostéoblaste scoliotique et elle semble aider à avoir une différenciation plus précoce que chez les non traités. Les ostéoblastes scoliotiques expriment un défaut d’expression de l’IGF 1 et d’IGF 1R en présence de la mélatonine. En conclusion, le VEGF A et l’IGF 1 peuvent également promouvoir la différenciation et la prolifération des ostéoblastes humains scoliotiques en culture primaire. / Abstract: The Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) is a debilitating condition and as a result often produces significant pain, impaired daily functioning and a deterioration of the quality of life. For patients who do not respond to conservative treatment, spinal fusion using bone grafts has become a treatment of choice to stabilize the spine. The more accurate knowledge of the factors involved in osteogenesis and the bone formation can shorten the healing process and reintegrate patients into their daily activities in a shorter period of time. Platelets can play an important role in the first stage of the healing of fractures and they are a source of several autologous growth factors that support the proliferation and differentiation of osteoblasts in vivo and in vitro. A wide variety of techniques and approaches have been investigated for performing spinal fusion, yet surgeons continue to investigate alternative methods with the goal of improving surgical outcome and minimizing morbidity. We can use these methods to: 1.Reduce the relatively long time needed for healing fractures 2. Patients with prosthesis could benefit of a shorter convalescent time 3. Several congenital diseases could be easier to correct and 4. We could stimulate the vertebral fusion 5. Develop new therapeutic techniques, including that of the processes regulating bone remodelling and regeneration of bone tissue. In the present study, we tried to find whether the insulin growth factor (IGF) and the vascular endothelial growth factor (VEGF) have an influence on the scoliotic osteoblasts in vitro cell cultures and we compared the results with those obtained in the same condition but by stimulating osteoblasts with melatonin. This preliminary study was performed on osteoblasts cultured from four patients affected by Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) and four controls. In all cases of AIS, bone specimens were obtained from the vertebral body or spinous process (in accordance with the surgical procedure performed). Our results show that IGFs as well as VEGF have an inhibitive effect on the proliferation of scoliotic and non-scoliotic cells and the effect is proportional with the growth factor concentration. In general osteoblasts cultured from scoliotic patients have an in vitro osteogenesis quicker than the subject without scoliosis. Moreover, it appears that melatonin plays a physiological role in the differentiation of scoliotic osteoblasts and it appears to help differentiate earlier than in the untreated group. We found that the expression of IGF 1 and IGF 1R in scoliotic osteoblasts was impaired in the presence of melatonin. In conclusion, VEGF A and IGF both can influence the cell differentiation and proliferation of human scoliotic osteoblasts in primary cell culture.

Le diabète gestationnel (DG) est un trouble de la tolérance glucidique de gravité variable, survenant ou diagnostiqué pour la première fois pendant la grossesse, quel que soit le traitement nécessaire et son évolution après l’accouchement. Il est associé, à court et à long terme, à un ensemble de complications ou pathologies tant chez la mère que chez l’enfant. Nous avons étudié le rôle des cytokines, des adipokines, du statut anti-oxydant et des facteurs de croissance au cours du diabète gestationnel et de la macrosomie. Notre étude a montré que le diabète gestationnel et la macrosomie sont associés à une perturbation du métabolisme lipidique et une altération des statuts antioxydant et immunitaire. Le DG était lié à une diminution de l’adiponectine et des cytokines Th1 et une augmentation de la leptine et des cytokines inflammatoires alors que la macrosomie est associée à une augmentation des cytokines Th1 et une diminution de toutes ces hormones relatives à l’obésité (IL-6, TNF-α, leptine et adiponectine). Plusieurs altérations observées à la naissance dans le métabolisme des carbohydrates et des lipides chez les enfants issus de mères diabétiques persistent encore à l’âge adulte. Il semble que la programmation in utero au cours du diabète gestationnel crée une ‘‘mémoire métabolique’’ qui est responsable de l’obésité et des altérations chez les nouveau-nés macrosomiques. Selon les régressions linéaires multiples incrémentielles que nous avons établies, il semble que les facteurs de croissance qui influencent l’augmentation du poids fœtal sont : PDGF du côté maternel et FGF2 des deux côté maternel et fœtal. / Gestational diabetes mellitus (GDM) is defined as ‘carbohydrate intolerance of variable severity with onset or first recognition during pregnancy’, irrespective to necessary treatment and its evolution in the post partum. GDM is associated with a number of complications/ pathologies both in mother and in their newborns, with short and long-term. In this study, we investigated the role of cytokines, adipokines and antioxidant status during GDM and macrosomia. Our study has demonstrated that these pathologies are associated with a perturbation in lipid metabolism, and antioxidant and immune status. GDM is linked to the down-regulation of adiponectin along with Th1 cytokines and upregulation of leptin and inflammatory cytokines whereas macrosomia was associated with the up-regulation of Th1 cytokines and the down-regulation of the obesity-related agents (IL-6, TNF-α, leptin and adiponectin). Several alterations observed at birth in carbohydrates and lipids metabolism in the children born to diabetic mothers, still persist at the adulthood. It seems that in utero programming during diabetic pregnancy creates a ‘‘metabolic memory’’ which is responsible for the development of obesity and physiological anomalies in macrosomic offspring. According to multiple linear regressions incremental that we established, it appears that growth factors that influence the increase of foetal weight are: PDGF in mother's side and FGF2 in maternal and foetal side.

Background: Different types of cardiomyopathies are associated with variable hypertrophic response. <p>A number of growth factors are thought to play a role in pathologic cardiac remodeling. <p>Aims: We compared the modulation of the TGF-ƒÒ superfamily and IGF-1 signaling pathways and their target genes, the cell cycle regulatory proteins in tachycardia-induced dilated cardiomyopathy, a model with no detectable hypertrophy and in ischemic cardiomyopathy, a model with a marked hypertrophic reaction. <p>Methods: In the first study, endomyocardial biopsies were obtained weekly in 15 dogs, during the development of tachycardiomyopaty. Genes involved in the myostatin-TGF-ƒÒ-Activin-A/Smad signaling pathway, p21 and cyclin D were quantified and correlated to echocardiographic measures of hypertrophy. In the second study, myocardial tissue samples were obtained in 8 dogs with a healed myocardial infarction, in 8 dogs with heart failure induced by overpacing and in 7 healthy dogs. We measured gene expression of IGF-1, its receptor (IGF-1R) and cyclins A, B, D1, D2, D3 and E and correlated them to the level of hypertrophy. <p>Results: Tachycardiomyopathy was characterized by chambers dilation with no identifiable hypertrophy. Ischemic cardiomyopathy was characterized by eccentric hypertrophy. In tachycardiomyopathy, Activin-A mRNA was 4-fold higher than at baseline. Smad7 was overexpressed in severe heart failure; p21, a direct target gene of the Smad pathway was upregulated 8-fold and cyclin D1 was down-regulated. In that model, IGF-1 was overexpressed but neither IGF-1R nor any of the cyclins studied.<p> In ischemic cardiomyopathy, IGF-1, IGF-R, and cyclins B, D1, D3 and E gene expression were upregulated.<p> In tachycardiomyopathy, Activin-A and p21 were inversely correlated to the thickness of the interventricular septum. In normal dogs and in the both models of cardiomyopathy, IGF-1R was correlated to the thickness of the interventricular septum and to cyclins. <p>Conclusions: Taken together, these results agree with the notion that Activin-A, IGF and cyclins are involved in the modulation of hypertrophic response observed in cardiomyopathies. <p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La dégénérescence discale lombaire (DDL) est caractérisée par un vieillissement prématuré du disque intervertébral (DIV) et une déshydratation progressive du nucleus pulposus (NP) entrainant in fine des lombalgies. L'objectif général de ce travail est d'établir des données précliniques afin de régénérer le DIV en cas de DDL modérée. Dans un premier chapitre, nous avons déterminé une association de facteur de croissance et un mode de culture visant à obtenir une prédifférentiation nucléopulpogénique de cellules stromales mésenchymateuses (CSMs) humaines issues de la moelle osseuse. Nos résultats montrent que la culture tridimensionnelle des CSMs en billes d'alginate en présence de TGF-β3, GDF-5 et BMP-7 les oriente vers un phénotype cartilagineux. Dans un deuxième chapitre, nous avons élaboré un modèle porcin de DDL induite par cryolésion et nous l'avons comparé aux techniques de référence. L'évaluation de l'importance de la DDL a été effectuée par scanner, IRM et histologiquement. Un score histologique de DDL porcine a été décrit et validé. La cryolésion a permis d'obtenir une DDL plus importante que les autres techniques. Dans un troisième chapitre, nous avons injecté les CSMs préorientées dans les DIV lésés. L'analyse IRM a montré une amélioration de l'intensité du signal et de la surface du NP après injection des cellules. L'analyse immunohistologique a montré une survie des CSMs dans les DIV porcins à 2 mois. Dans un quatrième chapitre, nous avons comparé les taux de fusion et de complication pour la RhBMP-2 et la greffe spongieuse autologue dans les arthrodèses lombaires par voie antérieure dans une même cohorte de patients. La RhBMP-2 était associée à un taux de fusion inférieur et un taux de complications radiologiques supérieur à l'autogreffe spongieuse. / Degenerative disc disease (DDD) is characterized by premature aging of the intervertebral disc (IVD) and gradual dehydration of the nucleus pulposus (NP), ultimately causing back pain. The general objective of this work is to establish preclinical data to regenerate the IVD in moderate DDD. In the first chapter, we have identified a growth factor association and a culture method to achieve nucleopulpogenic prédifférentiation of mesenchymal stromal cells (MSCs) derived from human bone marrow. Our results show that the three-dimensional culture of MSCs in alginate beads in the presence of TGF-β3, GDF-5 and BMP-7 directs them to a cartilaginous phenotype. In the second chapter, we developed a porcine model of DDD, induced by cryoinjury, and compared it to reference techniques. Assessing the importance of DDD was performed by CT, MRI and histologically. A histological score of porcine DDD has been described and validated. Cryoinjury yielded a higher DDD that other techniques. In a third chapter, we injected preoriented MSCs in cryo-injured IVDs. MRI analysis showed an improvement in the signal intensity and the surface of the NP after the injection. The immunohistological analysis showed a survival of the MSCs in the porcine IVD 2 months after injection. In a fourth chapter, we compared the rate of fusion and complication for rhBMP-2 and autologous cancellous graft in the anterior lumbar interbody fusion, in the same cohort of patients. RhBMP-2 was associated with a lower fusion rate and a higher rate of radiological complications than the cancellous autograft.

Les "Bone Morphogenetic Proteins" (BMPs) jouent un rôle clef dans la régulation de cellules précurseurs du muscle prénatal et de cellules souches musculaires adultes dénommées "cellules satellites". Les objectifs principaux de ma thèse étaient d'une part de déterminer si la signalisation BMP joue un rôle pendant la phase de croissance du muscle postnatale/juvénile dépendante des cellules satellites, et d'autre part d'investiguer si cette voie est impliquée dans la maintenance de la masse musculaire squelettique adulte. J'ai trouvé que les composants de cette voie de signalisation sont exprimés dans les cellules satellites de souris néonatales, juvéniles et adultes. Par ailleurs, j'ai utilisé des lignées de souris transgéniques pour surexprimer, de manière conditionnelle, l'inhibiteur Smad6 de la cascade de signalisation BMP dans les cellules satellites ou dans le muscle squelettique. J'ai pu ainsi démontrer que cette signalisation est requise pour une prolifération correcte des cellules satellites et pour leur différentiation en myonuclei, assurant que les fibres musculaires en croissance atteignent une taille finale normale. Par ailleurs, mes travaux révèlent que le nombre final de cellules satellites est établis pendant la phase de croissance postnatale/juvénile et que celle-ci dépend de la cascade de signalisation BMP. Enfin, je fournis des preuves montrant que la signalisation BMP est un puissant signal hypertrophique dans le muscle squelettique adulte et que sa présence est indispensable pour le maintien du tissu musculaire. En résumé, mes résultats de recherche démontrent que les BMPs sont des facteurs de croissance essentiels pour le muscle squelettique postnatal. / Bone Morphogenetic Proteins (BMPs), a subfamily of TGF-β growth factors, have been shown to be key signals that regulate embryonic and fetal muscle precursors during prenatal myogenesis, as well as the stem cells of adult muscle, termed ‘satellite cells’, when activated during muscle regeneration. The main aims of my thesis were to elucidate whether BMP signaling plays a role during postnatal/juvenile satellite cell-dependent muscle growth as well as for maintenance of adult muscle mass. I found that components of BMP signaling pathway are expressed in muscle satellite cells of neonatal, juvenile and adult mice. I used transgenic mouse lines to conditionally overexpress the BMP signaling cascade inhibitor Smad6 in muscle satellite cells and in differentiated skeletal muscle. I show that BMP signaling is required for correct proliferation of muscle satellite cells and their differentiation into myonuclei, thereby ensuring that the growing muscle fibers reach the correct final size. Moreover, I demonstrated that the final number of muscle stem cells is established during the postnatal/juvenile growth phase and this also depends on the BMP signaling cascade. Finally, I provide evidence that BMP signaling is a strong hypertrophic signal for the adult skeletal muscle and its presence is indispensable for muscle tissue maintenance. In summary, my findings demonstrate that BMPs are essential growth factors for postnatal skeletal muscle.

HARP (Heparin Affin regulatory peptide) est un facteur de croissance qui constitue avec la midkine une sous-famille des Heparin Binding Growth Factors (HBGFs). HARP est impliqué dans de nombreux processus physiologiques comme la neurogenèse et la vasculogenèse mais aussi dans des processus physiopathologiques comme l’angiogenèse et la progression tumorale. HARP interagit avec différents récepteurs (N-syndécan, RPTPβ/ζ, et ALK). Plus récemment, il a été montré au laboratoire que la nucléoline, protéine navette entre le noyau, le cytoplasme, et la surface cellulaire est un nouveau récepteur à HARP. Malgré les avancées dans ce domaine, l’interaction de HARP avec ses récepteurs n’est pas totalement élucidée. L'objectif de ce projet de thèse était la recherche de nouveaux partenaires moléculaires qui interagissent avec HARP, de comprendre le mécanisme de leurs interaction et d’analyser les effets biologiques. A ce titre, j’ai participé à l’étude de l’interaction de HARP avec le facteur de croissance des fibroblastes, le FGF-2. Ce facteur liant l’héparine est également mitogène et angiogène. En utilisant des techniques de biocapteurs optiques et d’interaction protéine-protéine, nous avons montré une interaction directe entre HARP et le FGF-2 et qui implique les domaines C-TSR-I et C-terminale de HARP. De plus, cette interaction inhibe la migration et la prolifération des cellules endothéliales, induites par le FGF-2 ou par HARP seuls. En parallèle, j’ai mis en évidence l’interaction entre HARP et la NRP-1. NRP-1 est une protéine transmembranaire, ayant comme ligands principaux, les sémaphorines de classe 3 (SEMA 3A), le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) et le FGF-2. En plus de son rôle crucial dans le développement des systèmes nerveux et cardiovasculaires, la NRP-1 est impliquée dans les processus physiopathologiques tels que l’angiogenèse et l’invasion tumorale. Ainsi, la NRP-1 présente un profil biologique similaire à HARP. En utilisant des tests d’ELISA, d’immunoprécipitation et de « pull-down », nous avons montré que HARP interagit avec la NRP-1. Cette interaction semble être directe et s’effectue via les domaines de liaison à l’héparine TSR-I. HARP induit l’internalisation de la NRP-1 au bout de 15 minutes et son recyclage partiel à la surface cellulaire au bout d’une heure. L’internalisation de la NRP-1 s’accompagne par la phosphorylation des voies MAPK (ERK1/2), Akt et FAK. L’interaction HARP/NRP-1 est cruciale pour la migration des cellules endothéliales et l’invasion des cellules tumorales. En conclusion, ces résultats apportent de nouvelles avancées concernant les partenaires moléculaires de HARP en particulier et montrent également la complexité des interactions des facteurs de croissance entre eux et avec leurs récepteurs. Plus généralement, cette étude permet d'envisager des stratégies thérapeutiques ciblant l’interaction de la NRP-1 avec HARP et aussi les autres facteurs de croissance. / HARP (Heparin Affin regulatory peptide) is a growth factor that constitutes with midkine a subfamily of Heparin Binding Growth Factors (HBGFs). HARP is involved in many physiological processes such as neurogenesis and vasculogenesis but also in pathophysiological processes such as angiogenesis and tumor progression. HARP interacts with different receptors (N-syndecan, RPTPβ / ζ and ALK). More recently, it has been shown in the laboratory that nucleolin, a protein shuttle between the nucleus, cytoplasm, and cell surface, is a new HARP receptor. Despite the advances in this field, the interaction of HARP with its receptors is not fully understood. The aim of this thesis was the search for new molecular partners that interact with HARP, to understand the mechanism of their interaction and analyze the biological effects. My work was firstly to participate to the study of the interaction of HARP with the fibroblast growth factor-2, FGF-2. This factor is also an heparin-binding factor, with mitogenic and angiogenic activities. Using techniques of optical biosensors and protein-protein interaction, we have shown a direct interaction between HARP and FGF-2 that involves C-TSR-I and C-terminus domains of HARP. In addition, HARP inhibits the migration and proliferation of endothelial cells induced by FGF-2. In parallel, I highlighted the interaction between HARP and NRP-1. NRP-1 is a transmembrane protein having as main ligands, semaphorins class 3 (SEMA 3A), the vascular endothelial growth factor (VEGF) and FGF-2. In addition to its crucial role in the development of the nervous and cardiovascular systems, the NRP-1 is involved in physiopathological processes such as angiogenesis and tumor invasion. Thus, NRP-1 has a biological profile similar to HARP. Using ELISA, immunoprecipitation and "pull-down" tests, we have shown that HARP interacts with NRP-1. This interaction appears to be direct and occurs via heparin binding domains of HARP: TSR-I. HARP induces internalization of NRP-1 after 15 minutes and partial recycling to the cell surface after one hour. The internalization of the NRP-1 is accompanied by the phosphorylation of MAPK pathways (ERK1 / 2), Akt and FAK. HARP/NRP-1 interaction is crucial for endothelial cell migration and invasion of tumor cells. In conclusion, these results provide new advances on molecular partners of HARP in particular and also show the complexity of the interactions between these growth factors and their receptors. More generally, this study allows considering therapeutic strategies targeting the interaction of NRP-1 with HARP as well as other growth factors.

Pas de résumé / Production of new neurons in the brain decreases dramatically with age due to progressive physiological depletion of stem and progenitor cell populations (NSCs). Recent studies indicate that circulating factors constitute a systemic aging milieu regulating the birth of new cells. Interestingly, some long-lived mouse strains such as Ames dwarf mutants, with low circulating levels of GH and IGF-1, show increased neurogenesis and preserved hematopoietic stem cell pool. Thus, the possibility that genes regulating lifespan and aging also quantitatively modulate stem cells in mammals is more and more explored. IGF-1 plays a pivotal role in aging in different species, and I am asking whether some of the well-known longevity effects resulting from down-regulation of this signaling pathway could be explained by local regulation of stem and progenitor cell compartments. To validate this hypothesis, I pursued a dual approach based on biological experiments and mathematical modeling. Using a novel triple transgenic mouse model, I inactivated IGF-1 signaling specifically in adult NSCs, and traced knockout cell lineages with a fluorescent reporter transgene. By analyzing the phenotype at different time points after KO induction, I could distinguish between short and long-term effects of IGF signaling on cellular regeneration and identify cumulative physiological consequences of down-regulation of this pathway using behavioral tests. In my mathematical models, the dynamics of regenerative cell populations were described by a set of differential equations depending on circulating “growth-factor like molecules” (GFs). My results suggest that in aging tissues, the optimal distribution of GFs is a function that decreases with time. In the olfactory system, I showed that inactivation of IGF signaling in adult NSCs enhanced long-term maintenance of neuroblasts and increased the overall production of neurons. Mutants started with the same number of adult-born neurons as controls one month after KO induction at 4 months of age, but ended up having significantly more differentiated cells integrating the olfactory bulb at long-term, i.e. at 16 months of age. This highly increased neurogenic activity occurred without depletion of neural stem/progenitor cell compartments. In contrast, IGF-1R deletion in adult hippocampal stem cells did not change neurogenesis dynamics, pointing out a niche-dependent effect of IGFs. The important cellular changes in the olfactory bulb led to improved olfactory memory and odor discrimination in aged mutants. Strikingly, mutants also displayed altered energy homeostasis and increased sensitivity to metabolic hormones, namely leptin and insulin. This metabolic shift could be linked to enhanced olfactory function, and to changes in hypothalamic neurogenesis. Indeed, we observed that IGF-1R deletion in hypothalamic stem cells (HySC) protected α-tanycyte pool from age-related decline and increased the number of newborn neurons in the hypothalamus. Taken together, my results validate the hypothesis that life-long inhibition of IGF signaling in adult NSCs delays age-related decline of neurogenesis, in a niche-dependent manner. These data also show that local modulation of neural cell replacement has important physiological effects at the level of the whole organism, pointing out a novel pathophysiological role for adult neurogenesis.

Les facteurs endothéliaux sont des hormones locales synthétisées et sécrétées par l'endothélium, qui interagissent dans un équilibre dynamique pour assurer le maintien de plusieurs phénomènes biologiques comme la régulation du tonus vasculaire et de la pression artérielle, de la structure de la paroi des vaisseaux et de la fonction d'organes vitaux tels que les reins. Cependant, dans certaines pathologies associées à une dysfonction endothéliale, cet équilibre serait bouleversé. En insuffisance rénale chronique, l'angiotensine II (Angll) et l'endothéline-1 (ET-1), des facteurs vasoconstricteurs, sont produits exagérément alors que le monoxyde d'azote (NO), le principal agent vasodilatateur, est déficient. Le rôle et les interactions des différents agents endothéliaux impliqués dans la pathogenèse de l'urémie et de ses complications sont encore mal définis. Dans un modèle d'insuffisance rénale chronique chez le rat, nous avons démontré une diminution de la densité des récepteurs ETB, comparativement aux récepteurs vasoconstricteurs ETA qui étaient inchangés. Cette diminution contribuerait à l'accumulation tissulaire d'ET-1 via une diminution de sa clairance locale, en plus de réduire l'effet vasodilatateur compensateur des récepteurs ETB, médié par la relâche du NO. Ces altérations favoriseraient ainsi l'hypertension et la progression des dommages rénaux. Nous avons aussi démontré que l'expression de l'ET-1 était augmentée de manière parallèle au TGF-pi dans les vaisseaux et les reins des rats urémiques. Le TGF-pi est un facteur de croissance associé à la fibrose et l'hypertrophie tissulaire dans plusieurs maladies cardiovasculaires et inflammatoires. Le traitement avec le losartan, un antagoniste du récepteur ATi, a significativement atténué l'hypertension artérielle et la protéinurie, en plus de réduire l'expression tissulaire de l'ET-l et du TGF-[31, suggérant l'implication de l'AnglI dans la régulation de ces deux facteurs. Nous avons ensuite comparé les effets du losartan au traitement avec le BMS-182874, un antagoniste spécifique aux récepteurs ETA, ainsi qu'avec la L-Arginine, le précurseur du NO. Le BMS-182874 et la L-Arginine ont diminué l'élévation de la pression artérielle, contrairement au losartan qui l'a complètement normalisé. Contrairement au losartan et à la L-Arginine qui ont atténué l'expression tissulaire de l'ET-l et du TGF-pi, le BMS-182874 n'a démontré aucun effet. Ainsi, l'ET-1 contribuerait à l'hypertension artérielle mais ne serait pas impliquée de façon majeure dans l'induction du TGF-pi en urémie. Par contre, l'AnglI serait un déterminant de l'induction de ces deux facteurs. Le NO serait également un agent clé dans la dysfonction endothéliale associée à l'urémie, en exerçant des effets pouvant moduler l'expression de l'ET-l et du TGF-Bl.