À l'heure actuelle, une large proportion des recherches vouées à l'identification et au développement de nouvelles thérapies anticancéreuses est basée sur l'apoptose. Dans les dernières décennies, divers composés phytochimiques ont été caractérisés comme des agents pharmacologiques susceptibles d'éliminer les cellules cancéreuses via l'induction de l'apoptose. Parmi ceux-ci, l'isoliquiritigénine (ILG), un flavonoïde naturellement présent dans les racines de réglisse, se distingue des autres par ses nombreuses propriétés thérapeutiques incluant une activité antitumorale. Chez les mammifères, les cellules apoptotiques (CA) peuvent être complètement dégradées via leur capture par des cellules phagocytaires spécialisées ou servir de vecteurs d'ADN dans un processus appelé transfert horizontal de gènes (THG). Ainsi, il a été mis en évidence que des CA dérivées de cancer du col de l'utérus peuvent induire le transfert de séquences d'oncogènes de papillomavirus humains (HPV) à des fibroblastes primaires humains (HPFs) qui acquièrent des propriétés de cellules transformées. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans l'internalisation de CA par les fibroblastes, un modèle de phagocyte non-professionnel, n'ont pas encore été clairement identifiés et la caractérisation de ces événements qui précèdent le THG est essentielle à la compréhension de ce processus et de la transformation des cellules receveuses qui peut en découler.Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse étaient, (i) d'analyser les effets anticancéreux de l'ILG sur des cellules dérivées de cancer du col de l'utérus, (ii) de caractériser les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la capture des CA par les HPFs, (iii) d'étudier les événements cellulaires qui font suite à ce processus comme la maturation des phagosomes, le THG et l'acquisition de propriétés de transformation et enfin, (iv) de démontrer la preuve de la conservation de la capacité tumorigénique des CA in vivo.Un premier travail a permis de mettre en lumière les propriétés antitumorales de l'ILG via une multiplicité d'actions sur des modèles cellulaires de cancer du col de l'utérus in vitro, incluant des activités anti-proliférative, pro-apoptotique, anti-migratoire. Concernant la lignée cellulaire Ca Ski, p53 sauvage et représentative du carcinome du col utérin le plus fréquent, associé à une infection transformante par HPV16, l'apoptose induite par l'ILG semble dépendante de p53 et de la mitochondrie, mais aussi de la voie des récepteurs de mort, comme attesté par l'augmentation des niveaux de protéines p53 et p21, la dissipation du potentiel membranaire mitochondrial, la libération du cytochrome c et le clivage des caspases-9, -8 et -3. Ces effets pourraient être la conséquence de la diminution de l'expression de l'oncoprotéine virale E6 d'HPV16 induite par l'ILG entraînant la restauration de l'expression de p53. Nos travaux révèlent un fort potentiel de l'ILG contre différents types de cellules malignes et ouvrent le champ à de nouvelles modalités de traitement des cancers associés à HPV. / Most of the research strategies aiming at improving anticancer therapies currently target apoptosis. Over the last decades, several natural products derived from herbal medicine or food have been identified as pharmacological agents for cancer cell elimination through apoptosis induction. Among them, isoliquiritigenin (ILG) is a chalcone derivative isolated from liquorice and shallots which exhibits a wide variety of biological functions including antitumor properties.In mammals, apoptotic cells (AC) can either be eliminated after their capture by specialized phagocytes or act as vectors of DNA in a process named horizontal gene transfer (HGT). For instance, AC derived from cervical cancer cells can transfer human papillomavirus (HPV) oncogene sequences to human primary fibroblasts (HPFs) which subsequently acquire transformed cell properties. The molecular mechanisms underlying AC uptake by HPFs, a model of non-professional phagocytes, have not been clearly identified. Characterizing these upstream events appears critical to broaden our understanding of HGT and the ultimate transformation of recipient cells which may subsequently occur.The aims of this work were to (i) study the antitumor effects of ILG on cervical cancer cell lines,(ii) characterize the cellular and molecular mechanisms underlying AC uptake by HPF, (iii) study the cellular events which occur in HPFs following AC engulfment such as phagosome maturation, HGT and acquisition of transformed properties, and (iv) evaluate the tumorigenic properties of AC in vivo.In a first part of this PhD project, we found that ILG exhibits multiple antitumor actions on cervical cancer cells in vitro including anti-proliferative, pro-apoptotic and anti-migration properties. Further studies on apoptosis-related events were conducted in Ca Ski cells (p53wt, HPV16 DNA positive), which are representative of the most frequent cervical carcinoma. The treatment of Ca Ski cells with ILG is associated with increased levels of p53 and p21 proteins, loss of mitochondrial membrane potential, cytochrome c release and caspase-9, -8 and -3 cleavage. These features suggest that ILG-induced apoptosis is dependent on p53 and involve both mitochondrial and death receptor- mediated pathways. The effect of ILG in Ca Ski cells may be partly explained by the decrease of HPV16 E6 oncoprotein expression and the associated raise of p53 levels observed after cell treatment. Our work highlights the potential of ILG as an antitumor agent and provides the opportunity of new treatment. ln the second part of this work, we set up a method based on flow cytometry to quantitatively analyze AC uptake. This original method and microscopy analysis allowed us to show that HPFs act as non-professional phagocytes and are able to engulf subcellular fragments rather than dying whole cells, with lower efficiency and rapidity compared to professional phagocytes as macrophages. Uptake of AC by HPFs depends on time, temperature and the presence of bivalent ions. Morphological analysis and fonctional assays using endocytosis inhibitors revealed a mechanism related to phagocytosis and/or macropinocytosis. The recognition of phosphatidylserine exposed on the surface of AC by their receptor BAIl has emerged as a required event for AC uptake by HPFs.

La sclérodermie (sclérose systémique, ScS) est une maladie auto-immune du tissu conjonctif caractérisée  par  l’épaississement  de  la  peau,  l’apparition  spontanée de lésions cicatricielles, des maladies   des   vaisseaux   sanguins,   divers   degrés   d’inflammation,   en   association   avec   un   système   immunitaire hyperactif. La pathogénèse exacte de cette maladie est inconnue et aucun traitement approprié   n’est   disponible.   La fibrose est un élément distinctif de la maladie de ScS et est considérée   résulter   d’une   incapacité   à   mettre   fin   de   façon   appropriée   à   la   réponse   normale   de   réparation   des   plaies.   L’analyse   histologique   du   stade   initial   de   la   ScS   révèle   une   infiltration   périvasculaire de cellules mononucléaires dans le derme, associée à une synthèse accrue de collagène dans les fibroblastes environnants. Ainsi, la compréhension des moyens de contrôler le stade inflammatoire de la ScS pourrait être bénéfique pour contrôler la progression de la maladie peu après son apparition. La mPGES-1 est une enzyme inductible qui agit en aval de la cyclo- oxygénase (COX) pour catalyser spécifiquement la conversion de la prostaglandine (PG) H2 en PGE2. La mPGES-1  joue  un  rôle  clé  dans  l’inflammation,  la  douleur  et  l’arthrite;;  toutefois,  le   rôle de la mPGES-1 dans les mécanismes de fibrose, spécifiquement en rapport avec la ScS humaine, est inconnu. Mon laboratoire a précédemment montré que les souris à mPGES-1 nulle sont résistantes à la fibrose   cutanée   induite   par   la   bléomycine,   à   l’inflammation,   à   l’épaississement  cutané,  à  la  production  de  collagène  et  à  la  formation  de  myofibroblastes.  Sur  la   base  de  ces  résultats,  j’ai  formulé  l’hypothèse  que  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1 régulera à la baisse la production de médiateurs pro-inflammatoires et pro-fibreux au cours de la maladie   de   ScS.   Afin   d’explorer   le   rôle   de   la   mPGES-1   dans   l’inflammation   et   la   fibrose   associées  à  la  maladie  de  ScS,  j’ai  d’abord  examiné  l’expression  de  la  mPGES-1 dans la peau normale comparativement à des biopsies de peau extraites de patients atteints de ScS. Mes résultats ont montré que la mPGES-1 est nettement élevée dans la peau de patients atteints de ScS en comparaison avec la peau humaine normale. De plus, les niveaux de PGE2 dérivés de la mPGES-1 étaient également significativement plus élevés dans les fibroblastes cutanés isolés de patients  atteints  de  ScS  comparativement  aux  fibroblastes  isolés  de  témoins  sains.  J’ai  également   étudié  l’effet  de  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1  sur  l’expression  de  marqueurs  pro- fibreux.   Mes   études   ont   montré   que   l’expression   de   médiateurs   pro-fibreux clés (α-SMA, endothéline-1, collagène de type 1 et facteur de croissance du tissu conjonctif (FCTC)) est élevée dans les fibroblastes cutanés ScS en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. Un traitement avec un inhibiteur de la mPGES-1 a eu pour effet de réduire significativement l’expression  de  l’α-SMA,  de  l’endothéline-1, du collagène de type 1 mais pas du FCTC dans les fibroblastes  ScS,  sans  effet  significatif  sur  les  fibroblastes  normaux.  J’ai  en  outre  examiné  l’effet   de  l’inhibition  de  la  mPGES-1 sur des cytokines pro-inflammatoires clés impliquées dans la pathologie de la ScS, incluant IL-6, IL-8 et MCP-1.  L’inhibition  pharmacologique  de  la  mPGES- 1 a eu pour effet de réduire significativement les niveaux de production de cytokines pro- inflammatoires IL6, IL8 et MCP-1 dans les fibroblastes avec lésion ScS comparativement à des fibroblastes non traités. De plus, les patients atteints de ScS ont présenté des niveaux plus élevés de p-AKT, de p-FAK et de p-SMAD3 en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. L’inhibiteur  de  la  mPGES-1 a pu réguler à la baisse cette expression accrue de p-AKT et de p- FAK, mais pas de p-SMAD3,  dans  les  fibroblastes  ScS.  Ces  résultats  ont  suggéré  que  l’inhibition   de la mPGES-1 pourrait être une méthode viable pour réduire le développement de sclérose cutanée et constituent une cible thérapeutique potentielle pour contrôler les mécanismes fibreux et inflammatoires associés à la pathophysiologie de la maladie de ScS. L’un   des   autres   processus   critiques   reliés   à   l’évolution de la réponse fibreuse associée à la maladie de ScS est la différenciation des fibroblastes en des cellules activées spécialisées iii iv appelées myofibroblastes, responsables de déclencher une signalisation adhésive excessive et le dépôt excessif de matrice extracellulaire,   conduisant   à   la   destruction   de   l’architecture   de   l’organe.   Ainsi,   l’identification   des   facteurs   endogènes   qui   initient/   favorisent   la   différenciation   fibroblaste-myofibroblaste peut mener à des stratégies thérapeutiques prometteuses pour contrôler  l’excès  de  signalisation  adhésive  et  de  fibrose  associé  à  la  maladie  de  ScS.  Des  études   antérieures  dans  le  domaine  de  la  biologie  du  cancer  ont  suggéré  que  l’éphrine  B2,  une  protéine   transmembranaire appartenant à la famille des éphrines, est impliquée dans la signalisation adhésive   et   le   remodelage   extracellulaire.   Cependant,   son   rôle   dans   la   fibrose   n’a   jamais   été   exploré.   Dans   la   deuxième   partie   de   mon   étude,   j’ai   donc   étudié   le   rôle   de   l’éphrine   B2   dans   la   fibrose.   Mes   études   montrent   que   l’expression   de   l’éphrine   B2   est   significativement   augmentée   dans la peau humaine ScS comparativement à la peau normale. Plus important encore, le traitement in vitro de   fibroblastes   de   la   peau   humaine   normale   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante est capable de transformer des fibroblastes en cellules myofibroblastiques manifestant toutes les caractéristiques myofibroblastiques typiques, incluant la formation accrue de  fibres  de  tension,  des  adhérences  focales,  l’activation  accrue  de  la  FAK,  un  accroissement  de   l’expression  et  de  la  migration  de  fibroblastes  et  de  leur  adhérence  à  la  fibronectine  à  la  fois  chez   les   fibroblastes   cutanés   normaux   et   ScS.   En   outre,   j’ai   traité   des   souris   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante et montré que ces souris ont développé une fibrose cutanée significative associée à une épaisseur dermique et à une synthèse de collagène augmentées, une teneur en hydroxyproline (teneur en collagène) accrue et un nombre accru de myofibroblastes exprimant de   l’α-SMA, une activation augmentée de la FAK et de marqueurs pro-fibreux incluant le collagène de type 1 et le FCTC. Dans  l’ensemble,  mes  études  ont  identifié  deux  médiateurs  endogènes  cruciaux  impliqués  dans  la   propagation  de  l’inflammation  et  de  la  fibrose  associées  à  la  maladie  de  ScS.  L’inhibition  de  la   mPGES-1   pourrait   représenter   une   bonne   stratégie   alternative   pour   contrer   l’inflammation   et   la   fibrose au moins durant les stades précoces de la maladie de ScS. De plus, une signalisation excessive   de   l’éphrine B2 favorise la signalisation adhésive et fibreuse en déclenchant la différenciation   de   fibroblastes   en   myofibroblastes   par   l’activation   de   la   voie   de   signalisation   de   la  FAK.  Ainsi,  l’inhibition  d’éphrine  B2  bloquera  la  formation  de  fibroblastes-myofibroblastes et régulera à la baisse la fibrose associée à la maladie de ScS. En somme, la mPGES-1  et  l’éphrine   B2 semblent toutes deux des cibles attrayantes pour le traitement de la ScS et des troubles fibreux qui y sont reliés. / Scleroderma (Systemic sclerosis, SSc) is an autoimmune disease of the connective tissue featuring skin thickening, spontaneous scarring, and blood vessel disease, varying degrees of inflammation, associated with an overactive immune system. The exact pathogenesis of this disease is unknown and there is no appropriate treatment available. Fibrosis is a hallmark of SSc disease and is considered to arise due to an inability to appropriately terminate the normal wound repair response. Histological analysis of the initial stage of SSc reveals perivascular infiltrates of mononuclear cells in the dermis, which is associated with increased collagen synthesis in the surrounding fibroblasts. Thus understanding how to control the inflammatory stage of SSc may be of benefit in controlling the progression of early onset disease. mPGES-1 is an inducible enzyme that acts downstream of cyclooxygenase (COX) to specifically catalyze the conversion of prostaglandin (PG) H2 to PGE2. mPGES-1 plays a key role in inflammation, pain and arthritis; however, the role of mPGES-1 in fibrotic mechanisms especially with respect to human SSc is unknown. My laboratory has previously shown that mPGES-1-null mice are resistant to bleomycin-induced skin fibrosis, inflammation, cutaneous thickening, collagen production and myofibroblast formation. Based on these results I hypothesized that pharmacological inhibition of mPGES-1 will downregulate the production of pro-inflammatory and pro-fibrotic mediators during SSc disease. To explore the role of mPGES-1 in inflammation and fibrosis associated with SSc disease, I first investigated the expression of mPGES-1 in normal skin compared to skin biopsies extracted from SSc patients. My results showed that mPGES-1 is markedly elevated in SSc skin compared to normal human skin. In addition, the levels of mPGES-1- derived PGE2 were also significantly higher in skin fibroblasts isolated from SSc patients compared to fibroblasts isolated from healthy controls. I further investigated the effect of pharmacological inhibition of mPGES-1 on the expression of pro-fibrotic markers. My studies showed the expression of key pro-fibrotic mediators (α-SMA, endothelin-1, collagen type 1 and connective tissue growth factor) are elevated in SSc skin fibroblasts compared to normal skin fibroblasts. Treatment with mPGES-1 inhibitor resulted in significant reduction in the expression of α-SMA, endothelin-1, collagen type 1 but not CTGF in SSc and normal fibroblasts. Further, I investigated the effect of mPGES-1 inhibition on key pro-inflammatory cytokines implicated in SSc pathology including IL-6, IL-8 and MCP-1. Pharmacological inhibition of mPGES-1 resulted in significant reduction in the production levels of pro-inflammatory cytokines, IL6, IL8 and MCP-1 in SSc-lesioned fibroblasts compared to untreated fibroblasts. In addition, SSc patients exhibited higher levels of p-AKT, p-FAK and p-SMAD3 compared to normal skin fibroblasts. mPGES-1 inhibitor was able to down regulate this increased expression of p-AKT, p-FAK but not p-SMAD3 in SSc fibroblasts. These results suggested that inhibition of mPGES-1 may be a viable method to alleviate the development of cutaneous sclerosis and is a potential therapeutic target to control fibrotic and inflammatory mechanisms associated with the pathophysiology of SSc disease. One of the other critical processes associated with the evolution of fibrotic response associated with SSc disease is the differentiation of fibroblasts into specialized activated cells called myofibroblasts responsible for triggering excessive adhesive signaling and deposition of excessive extracellular matrix (ECM) leading to the destruction of organ architecture. Thus identifying endogenous factors which initiate/promote fibroblast-myofibroblast differentiation can lead to promising therapeutic strategies to control excessive adhesive signaling and fibrosis associated with SSc disease. Previous studies in cancer biology have suggested that ephrin B2, a transmembrane protein belonging to the family of ephrins, is involved in adhesive signaling and extracellular remodeling. However its role in fibrosis has never been explored. Therefore, in second part of my study, I investigated the role of ephrin B2 in fibrosis. My studies show ephrin v vi B2 expression is significantly enhanced in human SSc skin versus normal skin. Most importantly, in vitro treatment of normal human skin fibroblasts with recombinant ephrin B2 is able to transform fibroblasts into myofibroblastic cells exhibiting all typical myofibroblastic- characteristics including increased stress fibre formation, focal adhesions, increased activation of FAK, increased expression of and enhanced fibroblast migration and adhesion to fibronectin in both normal and SSc skin fibroblasts. Further, I treated mice with recombinant ephrin B2 and showed that these mice developed significant skin fibrosis associated with enhanced dermal thickness and collagen synthesis, increased hydroxyproline content (collagen content) and increased number of α-SMA-expressing myofibroblasts, enhanced activation of FAK and pro- fibrotic markers including type-I collagen and CTGF. Overall, my studies have identified two crucial endogenous mediators involved in propagating inflammation and fibrosis associated with SSc disease. mPGES-1 inhibition may present a good alternative strategy to counteract inflammation and fibrosis at least during early stages of SSc disease. Further, excessive ephrin B2 signaling promotes adhesive and fibrotic signaling by triggering fibroblast to myofibroblast differentiation via activation of the FAK signaling pathway. Thus, inhibition of ephrin B2 will block fibroblast-myofibroblast formation and downregulate fibrosis associated with SSc disease. Overall, both mPGES-1 and ephrin B2 seems to be attractive targets for treatment of SSc and related fibrotic disorders.

L’apoptose des cellules endothéliales (CE) représente un évènement initial dans le développement de plusieurs pathologies fibrotiques telles que le rejet chronique d’allogreffe et la sclérose systémique. Nous avons démontré que les médiateurs issus des CE apoptotiques entraîne la différenciation myofibroblastique et la résistance à l’apoptose, deux mécanismes centraux à la fibrogénèse. L’activation de PI3K (phospatidylinositol-3 kinase) caractérise ces deux mécanismes. Un fragment C-terminal du perlécan (LG3) produit par les CE apoptotiques inhibe l’apoptose des fibroblastes. Les objectifs de ce travail étaient de : 1. définir les récepteurs et la signalisation impliqués dans la réponse anti-apoptotique et 2. caractériser les médiateurs fibrogéniques responsables de la différenciation myofibroblastique. En ce qui a trait à la réponse anti-apoptotique, l’inhibition des intégrines 21 ou des kinases de la famille Src (SFK) chez les fibroblastes prévient la résistance à l’apoptose et la phosphorylation d’Akt normalement induites par le milieu conditionné par des CE apoptotiques (SSC) ou le LG3. Ces résultats suggèrent que le LG3 produit par les CE apoptotiques initie un état de résistance à l’apoptose chez les fibroblastes par des voies α2β1integrines/SFK/PI3K dépendantes. Le LG3 n’induit cependant pas la différenciation myofibroblastique. Nous avons donc caractérisé le milieu SSC de façon à identifier les médiateurs responsables de la différenciation myofibroblastique. Les milieux conditionnés par des CE apoptotiques et non-apoptotiques (respectivement SSC et SSC-ZVAD) ont été analysés comparativement par chromatographie liquide bi-dimensionnelle, immunobuvardage et spectrométrie de masse. Le connective tissue growth factor (CTGF) est le seul facteur fibrogénique connu augmenté dans le milieu SSC. L’inhibition de la caspase-3 chez les CE prévient la relâche de CTGF. Au niveau du fibroblaste, l’inhibition de SFK ou de Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) prévient la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF in vitro. L’anticorps neutralisant contre le TGF- (Transforming growth factor beta) n’est pas en mesure de bloquer la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF. Des injections quotidiennes sous-cutanées de SSC chez la souris C3H pour 3 semaines entraîne une augmentation de l’épaisseur de la peau et des niveaux protéiques d’SMA, de vimentine et de collagène I. Cette réponse fibrogénique est réduite chez les souris qui ont reçu le SSC-ZVAD ou le SSC immunodéplété de son CTGF. Ces résultats apportent de nouvelles issues mécanistiques au niveau de la réponse fibrogénique activée par la mort des CE. L’activation des caspases chez les CE apoptotiques entraîne la production de LG3 et de CTGF qui, à leur tour, activent des voies de signalisation pro-fibrotiques SFK/PI3K dépendantes chez les fibroblastes, et ce indépendamment du TGF-. / Apoptosis of endothelial cells (EC) is an early event in various fibrotic diseases including chronic allograft vasculopathy and systemic sclerosis. We showed previously that mediators released by apoptotic EC activate myofibroblast differentiation and resistance to apoptosis, two mechanisms pivotal to fibrogenesis. PI3K (phospatidylinositol-3 kinase) activation was found to be central to these two mechanisms. A C-terminal fragment of perlecan (LG3) produced by apoptotic EC was found to inhibit apoptosis of fibroblasts. The aims of the present project were : 1. to define the receptors and pathways implicated in this anti-apoptotic response and 2. to characterize the fibrogenic mediators implicated in myofibroblast differentiation. Concerning the anti-apoptotic response, the inhibition of 21 integrin activity in fibroblasts exposed to either medium conditioned by apoptotic EC (SSC) or LG3 prevented resistance to apoptosis and was associated with decreased levels of Akt phosphorylation. Neutralizing Src family kinases (SFK) activity in fibroblasts produced the same effects. These results suggest that LG3 produced by apoptotic EC initiate a state of resistance to apoptosis in fibroblasts via an α2β1integrin/SFK/PI3K dependent pathway. LG3 did not induce myofibroblast differentiation. We went on to identify which mediators present in SSC are implicated in myofibroblast differentiation. Media conditioned by apoptotic and non-apoptotic EC (respectively SSC and SSC-ZVAD) were analyzed comparatively by 2-dimension liquid chromatography, western blotting and mass spectrometry. Connective tissue growth factor (CTGF) was the only known fibrogenic factor increased in SSC. Caspase-3 silencing of EC demonstrated that CTGF is released by apoptotic EC downstream of caspase-3 activation. In fibroblasts, blocking the activation of SFK or silencing the proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) blocked myofibroblast differentiation triggered by either SSC or recombinant CTGF in vitro. Exposure to a pan-transforming growth factor (TGF-β) neutralizing antibody failed to attenuate myofibroblast differentiation in fibroblasts exposed to either SSC or CTGF. Subcutaneous injection of mouse SSC to C3H mice daily for three weeks led to increased skin thickness, increased protein levels of αSMA, vimentin and collagen I. This fibrogenic response was blunted in mice injected with either SSC-ZVAD or SSC immunodepleted of CTGF. These results bring new mechanistic insights into the fibrogenic pathways activated by EC death. Caspase activation in apoptotic EC triggers the production of LG3 and CTGF which in turn activate SFK/PI3K dependant pathways in fibroblasts thus activating a TGF-β-independent fibrogenic response.

La peau est un organe à l'architecture complexe qui assure plusieurs rôles essentiels dont celui de barrière contre les agressions extérieures. De plus, il est capable de se régénérer grâce un processus hautement régulé: la cicatrisation. Des biomatériaux, synthétisés à partir de macromolécules d'origine naturelle et/ou synthétique, ont été développés pour servir de pansements, de support de culture cutanée ou de substitut cutané.L'originalité de notre étude a été de mimer, non pas la matrice extracellulaire dermique, mais le réseau de fibrine, temporaire, qui apparait lors de la cicatrisation. Au cours de travaux précédents, il a été démontré qu'il était possible de renforcer mécaniquement un réseau de fibrine, à concentration physiologique, en l'associant, dans une architecture de réseaux interpénétrés de polymères (RIP), avec un réseau de polyoxyde d'éthylène (POE). Durant mes travaux, la non toxicité de ces matériaux envers des cellules modèles a été démontrée. Puis, la composition du matériau a été optimisée pour augmenter son module de stockage jusqu'à un facteur 100 par rapport à celui du gel de fibrine. Ensuite, grâce à la synthèse d'alcool polyvinylique méthacrylate (PVAm) pour le remplacement du POE, un matériau présentant mêmes qualités, mais plus facilement stockable à l'état déshydraté et complètement réhydratable, a pu être obtenu. Nous nous sommes ensuite attachés à rendre ce nouveau matériau biodégradable. L'introduction de sérum albumine bovine méthacrylate (BSAm) copolymérisée avec le PVAm (co-réseau) dans une architecture RIP avec un réseau de fibrine a permis de synthétiser un matériau hydride présentant l'ensemble des propriétés précédemment décrites et dégradable par des enzymes. Ce matériau a été testé en contact avec des populations cellulaires fibroblastiques. Il a pu être démontré, qu'en plus d'être non cytotoxique, ce matériau pouvait être totalement colonisé par ces cellules. Pour finir, l'encapsulation de cellules à l'intérieur de cette matrice et leur prolifération ont pu être observées. En conclusion, les matériaux synthétisés lors de ces travaux, c'est-à-dire des RIPs associant un réseau de fibrine à la concentration physiologique et un réseau de polymère synthétique, possèdent les propriétés nécessaires pour être utilisés en tant que pansements et supports de culture pour la régénération cutanée. De plus, la possibilité d'encapsuler des fibroblastes dans le RIP à base de coréseaux de PVAm et BSAm en fait un substitut cutané potentiel.Mots clefs : hydrogel, réseaux interpénétrés de polymères, fibrine, POE, PVA, BSA, encapsulation cellulaire, fibroblaste, médecine régénérative, peau.

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Les canaux chlore volume-sensibles (VRACs) régulent les activités différenciatives, migratoires et prolifératives des fibroblastes et pourraient donc être impliqués dans la pathobiologie de l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) et la fibrose pulmonaire interstitielle (FPI). Diverses études antérieures ont montré que l’endothéline-1 (ET1) a des propriétés pro-fibrosantes, en plus cette molécule participe au remodelage des artérioles pulmonaires dans l’HTAP. D’autre part, ces pathologies d’HTAP et de fibrose pulmonaire peuvent être antagonisées par la mélatonine et par l’interaction entre protéines de morphogenèse (BMPs: bone morphogenetic proteins) et leur récepteur 2 (BMPR2). <p>La première partie de mon travail s’est intéressée aux effets de la BMP2 et de l’endothéline1 sur les canaux chlore volume-sensibles de fibroblastes pulmonaires. <p>La stimulation hypotonique du courant a été inhibée par la BMP2 en dépendance de la dose appliquée et de la durée d’exposition à la molécule. Un maximum d’effet de la BMP2 a été observé avec une concentration de 10ng/ml pendant 45min de prétraitement. En plus, les courants chlore volume-sensibles, inhibés par la BMP2, se sont restaurés en présence de l’inhibiteur spécifique de la voie de la protéine kinase C (PKC), le GFX. D’autre part, le prétraitement des fibroblastes avec l’ET1 à 100μM pendant 2heures a induit l’apparition d’un courant activable par l’acide lysophosphatidique (ICl-LPA) (marqueur de la différenciation des fibroblastes) et l’expression de l’α-sma (alpha smooth muscle actin, marqueur classique des myofibroblastes). La migration des fibroblastes a été aussi induite en présence de l’ET1, alors que l’inhibition des canaux chlore par le DIDS (Diisothiocyanatostilbene-disulfonic acid) a bloqué cet effet. La BMP2 s’est opposée à l'effet de l’ET1 sur la différenciation des fibroblastes par l’inhibition de l’induction du courant ICl-LPA et de l’expression génique de l’α-sma. En plus, la migration des fibroblastes, induite par l’ET1, a été inhibée par la BMP2. Nous avons aussi montré que l’expression de gène du canal anoctamine6 a été stimulée par l’ET1, alors la BMP2 s’est opposée à cet effet, ce qui suggère que l’anoctamine6 est le canal responsable de la différenciation des fibroblastes marquée par l’apparition du courant ICl-LPA. Il apparaît donc que l’ET1 et la BMP2 ont des effets opposés sur la différenciation et la migration des fibroblastes pulmonaires via leurs effets sur l’activité et l’expression des canaux chlore volume-sensibles. <p>La deuxième partie du travail s’est intéressée à l’effet de la mélatonine sur les canaux chlore volume-sensibles de fibroblastes L929 et aux conséquences de cet effet sur la migration et la prolifération de ces cellules. Le prétraitement des fibroblastes avec 100μM de mélatonine pendant 30min a inhibé significativement l’activation des canaux chlore volume-sensibles. En plus, une concentration de 100 nM pendant une nuit a donné le même effet observé avec la mélatonine à 100μM pendant 30 min. Nous avons aussi constaté que l’inhibition des VRACs par la mélatonine a été dose-dépendante. L’effet de la mélatonine sur les VRACs a été inhibé en présence de l’antagoniste non sélectif des récepteurs de la mélatonine (Luzindole) et l’antagoniste sélectif pour le récepteur 2 (MT2) de la mélatonine (K185). En plus, l’inhibiteur de la voie de la PKC (GFX) a empêché la mélatonine d’agir sur les canaux chlore volume-sensibles. Ces résultats suggèrent que la mélatonine agit sur les VRACs en se fixant sur MT2 et en activant la voie de la PKC. L’inhibition des VRACs par la mélatonine a eu pour conséquence l’inhibition du phénomène de RVD (regulatory volume decrease), qui suit le gonflement hypotonique. Nous avons aussi montré que la migration des fibroblastes L929 a été inhibée par la mélatonine à 100μM et cela via l’inhibition des VRACs, puisque la mélatonine s’est montrée incapable d’induire une inhibition supplémentaire de la migration en présence de l’inhibiteur des canaux chlore volume-sensibles (DIDS). En plus, l’antagoniste non sélectif des récepteurs de la mélatonine (luzindole), l’antagoniste sélectif pour MT2 (K185) et l’inhibiteur de la voie de PKC (GFX) ont provoqué la disparition de l’effet de la mélatonine sur la migration. Cela suggère que la mélatonine agit sur la migration via les voies empruntées pour l’inhibition des VRACs. L’inhibition des VRACs, par la mélatonine et le DIDS, n'a pas induit d'inhibition significative sur la prolifération des fibroblastes L929, ce qui veut dire que l’inhibition des VRACs est insuffisante pour induire une inhibition significative de la prolifération. Donc, la mélatonine inhibe les canaux chlore volume-sensibles via sa fixation sur MT2 et l’activation de la voie de la PKC. Cela a pour conséquence l’inhibition du RVD et de la migration des fibroblastes L929, mais cette inhibition des VRACs est insuffisante pour inhiber la prolifération de ces cellules. <p>En conclusion, j’ai pu montrer l’importance des canaux chlore volume-sensibles dans la régulation de la physiologie des fibroblastes et leurs interactions avec des médiateurs d’affections pulmonaires à composante fibrosante, telles que l’HTAP et la FPI./<p>Volume-regulated anion channels (VRACs) regulate fibroblast differentiation, migration and proliferation. Fibroblasts have been shown to be involved in several pathologic states including pulmonary arterial hypertension (PAH) and interstitial pulmonary fibrosis (IPF). A number of previous studies have shown that endothelin-1 (ET1) has pro-fibrotic properties and participates in the remodeling of pulmonary arterioles in PAH. On the other hand, PAH and IPF may be controlled by melatonin and bone morphogenetic protein receptor 2 (BMPR2) signaling. <p>The first part of my work described the effects of BMP2 and ET1 on the VRAC in the pulmonary fibroblasts and the consequences of these effects on differentiation and migration of these cells. Pretreatment of fibroblasts with BMP2 inhibited hypotonic current stimulation and this effect was dependent on the BMP2 concentration and on the time of exposition to the molecule. The maximum effect of BMP2 was observed at a concentration of 10ng/ml for 45 min of pretreatment. In addition, volume-sensitive chloride current, inhibited by BMP2, was restored in presence of PKC (protein kinase C) pathway inhibitor (GFX). On the other hand, the pretreatment of fibroblasts with100μM of ET1 for 2 hours, induced the appearance of a lysophosphatidic acid-activable chloride current (ICl-LPA) (a marker of fibroblast differentiation) and stimulated the expression of the smooth muscle actin alpha (α-sma) (the classical marker of myofibroblasts). ET1 also stimulated fibroblast migration, while the inhibition of chloride channels by (DIDS) (Diisothiocyanatostilbene disulfonic acid) bloked this effect. The BMP2 opposed the effect of ET1 on fibroblast differentiation by preventing the induction of ICl-LPA current and α-sma gene expression. In addition, BMP2 inhibited the fibroblast migration induced by ET1. We have also shown that ET1 stimulated anoctamin6 channel gene expression and that BMP2 opposed this effect, which suggests the implication of anoctamin6 on fibroblast differentiation marked by the appearance of ICl-LPA current. Thus, ET1 and BMP2 have opposite effects on pulmonary fibroblast differentiation and migration via their effects on the activity and expression of volume-regulated anion channels. <p>The second part of the work focused on the effect of melatonin, which is a vasorelaxant and antifibrotic agent, on the volume-sensitive chloride channels in L929 fibroblasts and primary rat fibroblasts and on the consequences of this effect on migration and proliferation of these cells. Fibroblast pretreatment with 100μM of melatonin for 30 min significantly inhibited the activation of volume-sensitive chloride channels. In addition, a concentration of 100 nM of melatonin overnight produced the same effect observed with melatonin at 100μM for 30 min. The effect of melatonin on VRAC current was dose-dependent. Inhibition of VRACs by melatonin resulted the inhibition of the RVD phenomenon (Regulatory Volume Decrease) following the hypotonic swelling. The effect of melatonin on VRACs was inhibited in the presence of the non-selective antagonist of melatonin receptors (Luzindole) and the selective antagonist of the melatonin receptor 2 (MT2), the K185. In addition, the PKC pathway inhibitor (GFX) inhibited the effect of melatonin on the volume-sensitive chloride channels. These results suggest that, melatonin acts on the VRACs by binding to MT2 and by activating the PKC pathway. We have also shown that the L929 fibroblast migration was inhibited by melatonin (100μM) via inhibition of VRAC channels, since melatonin was unable to induce further inhibition of migration in the presence of the volume-sensitive chloride channels inhibitor (DIDS). In addition, the non-selective melatonin receptors antagonist (luzindole), the selective antagonist for MT2 (K185) and the PKC pathway inhibitor (GFX), blocked the effect of melatonin on migration, which suggests that melatonin acts on migration via the same pathways that inhibit VRAC channels. Inhibition of VRACs by melatonin and DIDS have not shown any significant inhibition of L929 fibroblast proliferation, which means that the VRAC inhibition is not sufficient to induce a significant inhibition of proliferation. Thus, melatonin inhibits volume-sensitive chloride channels via its binding to MT2 and activation of the PKC pathway. This has as consequences the inhibition of RVD and migration of L929 fibroblasts but insufficient to inhibit the proliferation of these cells. <p>In conclusion, I have shown the importance of volume-sensitive chloride channels in the regulation of fibroblast physiology and its interactions with ET-1, BMP and melatonin signaling. These results are compatible with the notion that the participation of fibroblasts in the pathobiology of PAH or IPF is mediated by VRAC channels, which can be activated by ET-1 and inhibited by BMP’s or melatonin. The translational relevance of these findings will have to be investigated on fibroblasts from patients with PAH or IPF, or from animal models of pulmonary hypertension or lung fibrosis.<p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La cicatrisation parodontale est un processus complexe, composé de quatre phases hautement intégrées (hémostase, inflammation, prolifération, remodelage), qui nécessite une interaction complexe entre les différents types tissulaires (épithélium, conjonctif, os) ainsi que la synthèse de médiateurs, tels que les hormones et les facteurs de croissance. La difficulté à pouvoir obtenir une régénération des tissus parodontaux est en partie due à la réponse inflammatoire qui interfère avec le processus de cicatrisation, via la surexpression des cytokines pro-inflammatoires, ainsi qu’à la croissance rapide des cellules épithéliales le long de la surface de la racine qui porte atteinte à la vraie organisation des tissus, essentielle à la régénération parodontale. Notre objectif a été de mettre au point des membranes nanofibreuses implantables à base de polycaprolactone (PCL) fonctionnalisés par plusieurs molécules actives (Alpha-Melanocyte Stimulating Hormone (α-MSH)), ibuprofène, atorvastatine) et implantables, permettant à la fois un contrôle physique et biochimique de la cicatrisation parodontale. En d’autres termes, nous avons cherché à ralentir la colonisation de la surface radiculaire par les cellules épithéliales et à moduler l’inflammation de la phase post-chirurgicale afin de promouvoir la cicatrisation parodontale. Pour cela, nous avons mis au point un modèle d’inflammation in vitro mimant le tissu superficiel du parodonte en utilisant des cellules parodontales, à savoir des kératinocytes et fibroblastes gingivaux humains, stimulées par du lipopolysaccharide de Porphyromonas gingivalis (LPS-Pg). Les résultats obtenus ont montré une bonne biocompatibilité des systèmes (α-MSH, ibuprofène) ainsi qu’une diminution de la prolifération, migration des kératinocytes, fibroblastes gingivaux humains et une diminution significative de l’expression des marqueurs pro- ou anti-inflammatoires (TNF-α, TGF-β, IL-6, IL-8), des marqueurs d’adhérence, de prolifération (Intégrine, Laminine, Fibronectine) et de remodelage (COL-IV). En conclusion, les stratégies développées (α-MSH, ibuprofène) au sein de notre laboratoire ont permis de mettre en évidence l’intérêt de délivrer une molécule anti-inflammatoire à partir d’un biomatériau et représentent un fort potentiel d’application clinique pour la parodontologie mais aussi pour la médecine de demain. / Periodontal wound healing is a process involving hemostasis, inflammatory phase, proliferation and maturation/matrix remodeling. These phases require cell-to-cell interaction of different cell types (epithelial cells, fibroblasts, osteoblasts, and cementoblasts) orchestrated by growth factors, cytokines and extracellular matrix components. After conventional periodontal therapy, wound healing corresponds more to tissue reparation than regeneration. This absence of true regeneration is considered to be mainly due to the competition between the different periodontal tissues (gingiva, cementum, alveolar bone) and the differential rate of proliferation, migration and differentiation of periodontal cells during wound healing. Therefore, the inflammatory response could interfere with the healing process depending on the secretion/activity level of matrix metalloproteinase (MMPs), cytokines, chemokines and also the imbalance with their antagonists/inhibitors, which leads to fibrosis and excessive scarring. Our aim was to develop implantable nano-fibrous membranes based on polycaprolactone (PCL) and functionalized by several active molecules (Alpha-melanocyte stimulating hormone (α-MSH)), ibuprofen, atorvastatin) allowing both physical control and biochemical periodontal healing features. Furthermore, we developed an in vitro inflammatory model mimicking the periodontal tissue surface, using periodontal cells ; keratinocytes and human gingival fibroblasts stimulated with lipopolysaccharide of Porphyromonas gingivalis (Pg-LPS). The results obtained showed good biocompatibility systems (α-MSH, ibuprofen) and a decrease in the proliferation and migration of keratinocytes, human gingival fibroblasts. Moreover, a significant decrease of pro- or anti-inflammatory markers expression (TNF-α, TGF-β, IL-6, IL-8), adhesion markers of proliferation (Integrin, laminin, fibronectin) and remodeling (COL-IV) could be achieved. In conclusion, the strategies developed in our laboratory (α-MSH, ibuprofen), have helped to highlight the interest of the release of an anti-inflammatory molecule from a biomaterial, and represented a strong potential for clinical application not only in periodontics but also in general medicine.

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La forme canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC) est une maladie métabolique associée à une déficience en cytochrome oxydase (COX) et caractérisée par des crises d’acidose lactique, menant à une mort prématurée. Les mécanismes qui sous-tendent l’induction des crises restent inconnus et il n’existe aucune thérapie efficace pour les prévenir. Cette étude vise à caractériser l'effet de facteurs métaboliques périphériques potentiellement altérés chez les patients LSFC sur la mort de lignées cellulaires issues de ces patients et de témoins puis, à identifier des agents thérapeutiques pouvant la prévenir. Nous postulons que (i) ces facteurs métaboliques induiront une mort prématurée des cellules de patients et que (ii) les interventions susceptibles de la prévenir pallieront les conséquences de la déficience en COX, soit la diminution des taux d’adénosine triphosphate (ATP) et l’augmentation du stress oxydant, du nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) et des lipides toxiques. Un criblage de 8 facteurs sanguins et 10 agents thérapeutiques a été réalisé. Les paramètres mesurés incluent la nécrose, l’apoptose, l’ATP et l’activité de la COX. Les fibroblastes LSFC sont plus susceptibles à la mort par nécrose (39±6%) induite par du palmitate plus lactate, un effet associé à des niveaux d’ATP diminués (53±8%). La mort cellulaire est réduite de moitié par l’ajout combiné d’agents ciblant le NADH, l’ATP et les lipides toxiques, alors que l’ajout d’antioxydants l’augmente. Ainsi, un excès de nutriments pourrait induire la mort prématurée des cellules LSFC et, pour atténuer cette mort, il serait important de combiner plusieurs interventions ciblant différents mécanismes. / Leigh syndrome French-Canadian variant (LSFC) is a metabolic disease associated with cytochrome c oxidase (COX) deficiency and characterized by episodes of lactic acidosis, referred to as “crisis”, leading to death at an early age. The mechanisms underlying a crisis and its cellular consequences remain elusive, and there is no effective therapy. The aim of this study was to characterize the effect of peripheral metabolic factors that are potentially altered in patients with LSFC on their cells death and to identify therapeutic agents able to prevent them using cell-lineage from LSFC patients and controls. The hypothesis are that (i) these metabolic factors can induce premature death in patient cells, and (ii) interventions that could rescue these cells may target potential consequences of COX deficiency, namely low adenosine triphosphate (ATP), high nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and toxic lipids, as well as oxidative stress. A screening of 8 blood factors and 10 therapeutic agents was conducted in fibroblasts. Parameter measured included cell death by necrosis and apoptosis, as well as ATP level and COX activity. LSFC fibroblasts were more susceptible to necrosis (39±6%) induced by high palmitate plus lactate and this was associated with a lower ATP (53±8%). Cell death decreased 2-fold with combined interventions, which presumably act on NADH, ATP, and the accumulation of toxic lipids, but increased with antioxidants. Collectively, our results emphasize the importance of nutrient overload as a factor eliciting premature cell death in LSFC cells and of combining interventions acting through various mechanisms for cell death rescue.