Nous avons étudié le rôle de l'immunité innée de la peau lors de la transmission des Borrelia (agent infectieux de la borréliose de Lyme) par son vecteur, une tique dure du genre Ixodes. Nous avons montré que la salive de tique et la protéine salivaire Salp15 inhibent la réaction inflammatoire (production de chimiokines et de peptides antimicrobiens) des kératinocytes induite par Borrelia. Cet effet anti- « alarmine » de la salive de tique contribue probablement à créer un environnement cutané local favorable à la transmission de Borrelia. Nous avons montré que Borrelia induit également au niveau des fibroblastes cutanés la transcription de nombreux gènes proinflammatoires. Nous avons observé un effet toxique direct de la salive de tique sur les fibroblastes cutanés : cet effet dose-dépendant est de nature protéique mais non lié à la protéine Salp15. Ces résultats indiquent que les fibroblastes jouent un rôle important dans l’inflammation cutanée induite par Borrelia. / We studied the role of the skin innate immunity during the transmission of Borrelia (the infectious agent of Lyme borreliosis) by its vector, a hard tick belonging to the genus Ixodes. We showed that tick saliva and its protein Salp15 both inhibate Borrelia-induced inflammatory reaction of keratinocytes. The antialarmin effect of tick saliva ensure a favorable environment for Borrelia. We also showed that Borrelia induce a strong inflammatory response in dermal fibroblasts. We also demonstrate a dose-dependent lytic effect of tick salivary gland extracts on dermal fibroblasts and that this cytotoxic effect was of proteinaceous nature and not related to Salp15. These results indicate that dermal fibroblasts could be considered as central mediators in immune cell recruitment to the skin site of Borrelia invasion.

L’obésité et le diabète sont associés à des complications, notamment une fragilité cutanée. Celle-ci pourrait être associée à une altération du métabolisme du glucose et à une augmentation du tissu adipeux sous-cutané. Il a été montré que l’hypoderme pourrait avoir une fonction spécifique pour la peau. Notre travail a consisté d’une part à caractériser l’adiposité hypodermique et à étudier son influence dans la réactivité du tissu cutané en réponse à des pressions faibles ou fortes chez des souris obèses et d’autre part à étudier le processus de cicatrisation. Les fortes pressions augmentent la fragilité cutanée ce qui peut aboutir à des lésions, notamment des ulcères de pression. Les études ont été réalisées chez des souris C57BL/6J développant une obésité induite par une alimentation riche en lipides et en sucres pendant 4 et 12 semaines. La taille des adipocytes de l’hypoderme a été mesurée ainsi que leur réponse lipolytique en présence ou non d’insuline. La réactivité tissulaire a été évaluée en mesurant les variations du flux sanguin en réponse : 1) à l’application d’une pression locale faible afin de déterminer la vasodilatation induite par la pression (PIV), 2) par iontophorèse d’acétylcholine ou de nitroprussiate de sodium. Afin d’explorer le processus spécifique d’ulcère de pression chez les souris obèses diabétiques, une compression par cycles d’ischémie-reperfusion a été réalisée. Ces études ont été complétées par des explorations métaboliques, histologiques et biochimiques. Par ailleurs nous avons déterminé l’impact de l’augmentation de l’adiposité sur des fibroblastes dermiques in vitro afin de mieux comprendre le processus de cicatrisation.Dans ce travail de thèse, nous avons mis en évidence une augmentation de l’adiposité hypodermique associée à une insulinorésistance tissulaire et systémique. Nous avons également montré un retard de cicatrisation en fonction de l’évolution de l’obésité et des réponses micro vasculaires diminuées post cicatrisation par rapport à une peau non lésée / Obesity and diabetes led to complications, including skin fragility. Skin fragility could be associated to a glucose metabolism alteration and a subcutaneous adipose tissue increase. It has been shown that hypodermis could have a specific function for the skin. Our work consisted on the one hand in characterizing the dermal adiposity and studying its involvement in the skin tissue reactivity in response to low or high pressures in obese mice and, on the other hand, in studying the healing process. High pressures increase cutaneous fragility which can lead to skin wounds, in particular pressure ulcers. This study was realized using C57BL/6J male mice with a diet-induced obesity. C57BL/6J mice were fed a high fat and high sugar diet during 4 or 12 weeks. Hypodermis adipocytes size was measured as well as their lipolytic response in presence or absence of insulin. The skin tissue reactivity was assessed measuring the skin blood flow variations in response to 1) a local pressure application in order to determine the pressure-induced vasodilation (PIV), 2) an acetylcholine or sodium nitroprusside iontophoresis. To examine the specific mechanism of the pressure ulcer in obese diabetic mice, a compression with ischemia-reperfusion cycles was realized. Metabolic assessment, histological and molecular biological studies were carried out to characterize each stage of healing through obesity. Furthermore, we determined the adiposity increase on dermal fibroblasts in vitro to better understand the healing process. In this thesis work, we have highlighted a hypodermis adiposity linked to a tissue and a systemic insulin resistance. We have also showed a delayed healing depending on the evolution of the obesity. The microvascular responses were decreased post healing compared to a non-wounded skin

L'objectif de cette thèse était de mettre en oeuvre le développement d'une thérapie des plaies cutanées profondes basée sur l'utilisation de nanoparticules (NP) biodégradables de poly(acide lactique) (NP-PLA) vectrices de médiateurs de la cicatrisation. Le but était d'accélérer la cicatrisation cutanée et de favoriser la reconstruction d'un derme fonctionnel. La méthode a été de (i) réduire la réaction inflammatoire pour en contenir les effets délétères et (ii) stimuler la réépithélialisation pour accélérer la cicatrisation et réduire le risque infectieux. Les moyens ont été l'utilisation d'un antioxydant, la vitamine E (VE) et d'un facteur de croissance des fibroblastes (le FGF2) vectorisés par des nanoparticules biocompatibles et biodégradables de poly(acide lactique) (PLA). Nos NP-PLA contiennent l'antioxydant (VE) dans leur coeur hydrophobe, et portent le facteur de croissance fibroblastique (FGF2) à leur surface. Ces formulations ont été (i) caractérisées par des méthodes physico-chimiques et (ii) testées par des méthodes in vitro pour évaluer leurs effets potentiels, en tant que système de délivrance de VE et de FGF2, sur la cicatrisation des plaies. Des modèles expérimentaux in vivo ont été développés et caractérisés pour mettre en évidence l'efficacité des NP-PLA fonctionnalisées pour la cicatrisation cutanée et la reconstruction dermique fonctionnelle. Nos résultats montrent que l'activité antioxydante de la VE n'est pas perturbée par l'encapsulation dans des NP-PLA et qu'elle est légèrement supérieure à celle de la VE libre dans un système in vitro. De même, l'activité biologique du FGF2 sur la prolifération et la migration des fibroblastes dans un système in vitro n'est pas altérée par son adsorption sur des NP-PLA. Aucune de ces deux NP-PLA fonctionnalisées n'a de cytotoxicité avérée in vitro. Deux modèles expérimentaux de plaies cutanées profondes ont été développés sur souris sans poils SKH1 saines : (i) Un modèle robuste de brûlure cutanée thermique de 3ème degré qui se caractérise par une inflammation massive de la plaie et par un stade de granulation tardif après 16 jours de cicatrisation. (ii) Un modèle de plaie d'excision cutanée a également été utilisé. Un modèle de cicatrisation retardée a été obtenu par induction chimique d'un diabète de type I stable avant réalisation des plaies d'excision ou de brûlure. Ces modèles de plaies cutanées ont été caractérisés tout au long du processus de cicatrisation par des études (i) macroscopiques de cinétique de fermeture des plaies, (ii) histologiques d'inflammation, de nécrose et de réépithélialisation, (iii) physiologiques de perfusion sanguine cutanée. L'expression de 84 gènes impliqués dans le processus de cicatrisation a été étudiée sur le tissu cicatriciel 14 jours après formation de la plaie. Pour conclure, nos résultats mettent en évidence le potentiel de vectorisation de molécules thérapeutiques des NP de PLA pour le développement de futures stratégies de délivrance ciblée de VE et de FGF2 dans les plaies cutanées profondes. Les modèles expérimentaux in vivo développés et caractérisés, ouvrent la voie aux études précliniques d'efficacité des NP-PLA fonctionnalisées dans le processus de cicatrisation des plaies profondes / The objective of this thesis was to develop a therapy of cutaneous deep wounds based on biodegradable poly (lactic-acid) nanoparticles (PLA-NP) releasing wound healing mediators. The goal was to accelerate wound healing and to promote the reconstruction of a functional dermis. Our method was (i) to reduce the inflammatory reaction in the aim of limiting its deleterious effects, (ii) to stimulate reepithelialization to accelerate wound healing and to reduce the risk of infections. The implementation of means was based on the use of an antioxidant (vitamin E, VE) and a fibroblast growth factor (FGF2) carried by biocompatible and biodegradable poly(lactic-acid) based nanoparticles. Our PLA-NP contained the antioxidant (VE), in their hydrophobic core and carried the fibroblastic growth factor (FGF2) on their surface. These formulations were (i) characterized by physico-chemical methods and (ii) tested by in vitro methods to evaluate their effects as a delivery system of VE and FGF2 on wound healing. Experimental in vivo models have been developed and characterized in the aim of studying the potential beneficial effect of functionalized PLA-NP on wound healing and functional reconstruction of dermis. Our results show that the antioxidant activity of VE was not inhibited by encapsulation into PLA-NP and was lightly increased compared with free VE in an in vitro system. The biological activity of FGF2 on proliferation and migration of fibroblasts in an in vitro system was not altered by adsorption onto PLA-NP as well. No cytotoxicity of these functionalized PLA-NP was detected in vitro. Two experimental models of deep cutaneous wounds were developed on the healthy SKH1 hairless mouse: (i) A robust third degree thermal burn model that was characterized by massive inflammation of the wound and a late granulation stage after 16 days of healing. (ii) A model of excisional skin wound was also used. A model of delayed wound healing was established by chemical induction of stable type I diabetes prior to excision and burn injuries. The healing process of these models of cutaneous wounds was characterized by (i) macroscopic studies of wound closure, (ii) histological studies of inflammation, necrosis and reepithelialization, and (iii) by physiological studies of cutaneous blood perfusion. A study of the expression of 84 genes involved in the healing process was carried out on the scar tissue 14 days post-wound. In conclusion, our results highlight the potential efficacy of PLA-NP as a vector of therapeutic molecules for the development of future strategies for targeted delivery of VE and FGF2 in deep skin wounds. The developed and characterized in vivo experimental models open the way to preclinical studies of efficacy of functionalized PLA-NP on the healing process of deep wounds

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

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

La clairance des cellules apoptotiques par les macrophages est à l’origine d’un microenvironnement pro-résolutif composé de différents facteurs solubles, permettant de stopper la réaction inflammatoire et d’engager la réparation tissulaire. La résolution de l’inflammation est parfois défaillante et concourt au développement de pathologies inflammatoires chroniques, comme les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI), qui regroupent la maladie de Crohn (MC) et la rectocolite hémorragique (RCH). Dans ce contexte, nous proposons d’évaluer l’efficacité thérapeutique de l’injection de ces facteurs pro-résolutifs dans le traitement des MICI. Ce produit issu de la culture de macrophages avec des cellules apoptotiques, appelé SuperMApo (Supernatant issued from Macrophage Apoptotic cell culture) (Brevet # WO2014106666-A1, 2013) contient des facteurs pro-résolutifs semblables à ce qu’on retrouve dans le processus physiologique de résolution de l’inflammation, et qui peuvent être absents ou inefficaces chez ces patients.Lors de ce travail, nous avons mise en évidence une efficacité thérapeutique de SuperMApo à l’aide de deux modèles expérimentaux de colite. Pour évaluer la pertinence de ces modèles par rapport à la pratique clinique, nous avons mise en place la vidéo-endoscopie souple. On a montré que l’efficacité de SuperMApo se traduit par diminution du score clinique, endoscopique et histologique des souris colitiques, accompagnée d’une amélioration de la perméabilité intestinale, et de la cicatrisation muqueuse. Cette efficacité thérapeutique est liée en partie à une reprogrammation des cellules présentatrices d’antigènes (APC) notamment de cDC et de macrophages qui présentent moins de réponse aux ligands de TLR, favorisent l’induction de Treg et inhibent la production de Th1. Par ailleurs, SuperMApo induit une cicatrisation nette de la muqueuse intestinale associée à la fois à une activation des myofibroblastes (la forme active des fibroblastes) et des cellules intestinales épithéliales (IEC). Concrètement, SuperMApo augmente les propriétés de migration, de prolifération et de cicatrisation de ces deux types cellulaire. Cet effet dépend en partie des facteurs de croissance au sein de SuperMApo comme le TGF-β, l’IGF-I et le VEGF. Finalement des résultats préliminaires montrent que SuperMApo induit un profil réparateur sur des fibroblastes issus de patients atteints de MICI. L’ensemble de ces résultats montrent, que l’injection de ces facteurs pro-résolutifs permet de mettre en œuvre des mécanismes capables de mettre en place un processus de résolution de l’inflammation et ouvre vers une utilisation clinique de cette approche dans le traitement de MICI. / Inflammation is a natural body defence reaction in response to injuries. The clearance of apoptotic cells by macrophages is at the origin of a pro-resolving microenvironment composed of various soluble factors, allow the arrest of the inflammatory response and to initiate tissue repair. The resolution of inflammation is sometimes defective and contributes to the development of chronic inflammatory diseases, such as chronic inflammatory bowel disease (IBD), which include Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC). In this context, we propose to evaluate the therapeutic effect of these pro-resolving factors in the treatment of IBD. This factors derived from the culture of macrophages with apoptotic cells, and called SuperMApo (Supernatant issued from Macrophage Apoptotic cell culture) (Patent # WO2014106666-A1, 2013) contains pro-resolving factors similar to those found in the physiological process of inflammatory resolution, and which may be absent or ineffective in these patients.In this work, we have demonstrated the therapeutic effect of SuperMApo using two experimental models of colitis. To assess the relevance of these models to clinical practice, we have implemented flexible video endoscopy. The therapeutic effect of SuperMApo has been shown to decrease the clinical, endoscopic and histological score of colitis mice, accompanied by improved intestinal permeability and mucosal healing in vivo. This therapeutic effect is related in part to reprogramming of antigen presenting cells (APC), in particular cDC and macrophages, which exhibit less response to TLR ligands, promote induction of Treg and inhibit Th1 production. In addition, SuperMApo induces a marked tissue repair of the intestinal mucosa associated with activation of myofibroblasts, the active form of fibroblasts, and the epithelial intestinal cells (IEC). In particular, SuperMApo increases the migration, proliferation and wound healing properties of these two cell types. This effect depends in part on the growth factors contained in SuperMApo such as TGF-β, IGF-I and VEGF. Finally, preliminary results show that SuperMApo induces a repairing state on fibroblasts from patients with IBD. This opens widely the use of SuperMApo as a clinically approach to propose this new therapeutic option to refractory patients suffering from IBD

Les macrophages (MΦ), des cellules clefs de la réponse immunitaire peuvent répondre à des contaminants environnementaux comme les particules diesel (DEP), des polluants atmosphériques récemment classés cancérigènes pour l'Homme. Les MΦ sont des cellules hétérogènes et plastiques qui s'activent en fonction de leur microenvironnement soit en MΦ M1 (dits classiquement activés ou pro-inflammatoires) sous l'effet de l'INFγ et du LPS soit en MΦ M2 (dits alternativement activés ou réparateurs) sous l'effet de l'IL-4 et/ou de l'IL-13. Les effets des DEP sur la polarisation M1/M2 des MΦ restent peu documentés. Nous avons dans un premier temps caractérisé l'expression des marqueurs des MΦ différenciés in vitro en présence de M-CSF à partir de monocytes humains et polarisés en sous-type M1 ou M2. Nos principaux résultats montrent que les MΦ différenciés au M-CSF considérés comme des MΦ anti-inflammatoires, sont en réalité capables de s'activer vers un phénotype M1 après une stimulation au LPS/IFNγ. De plus, les marqueurs mis en évidence au cours de ce travail ont permis d'évaluer l'impact d'extraits organiques de DEP (DEPe) sur la polarisation des MΦ et plus généralement sur leur physiologie. Les DEPe altèrent l'expression de certains marqueurs M1 et M2 des MΦ, sans toutefois provoquer d'inhibition globale des processus de polarisation M1 et M2 ou de transition d'un phénotype vers un autre. Cette altération du phénotype est associée à une diminution de la réponse inflammatoire LPS-dépendante dans les MΦ M1 et des capacités chimiotactiques des MΦ M2. Les DEPe diminuent la sécrétion de certaines cytokines et chimiokines comme l'IL-6, l'IL-12p40 et le CCL18 via l'activation d'AhR et/ou de Nrf2. Parallèlement, nous montrons que les MΦ M1 et M2 exposés aux DEPe sécrètent le platelet deried growth factor B (PDGF-B), un facteur de croissance profibrosant, via l'activation d'AhR en quantité suffisante pour stimuler la prolifération de fibroblastes pulmonaires. Au total, ces travaux démontrent que les DEP possèdent des propriétés immunotoxiques vis-à-vis de la physiologie des macrophages humains polarisés in vitro. Cette immunotoxicité pourrait participer aux effets délétères de ces contaminants environnementaux urbains sur la santé humaine. / Macrophages (MΦ), well-known to play a key role in immune response, also respond to environmental toxic chemicals such as diesel exhaust particles (DEP), an air pollutant recently classified as carcinogenic to humans. MΦ are heterogeneous and plastic cells which activate according to their microenvironment into either an M1 subtype (so called classically activated or pro-inflammatory) under IFNγ and LPS stimulation or an M2 subtype (so called alternatively activated or anti-inflammatory) under IL-4 and/or IL-13 stimulation. However, potential effects of DEPs on M1/M2 MΦ polarization remain poorly documented. First, we characterized the expression marker of in vitro M-CSF-differentiated MΦ from human monocytes and activated into the M1 or M2 subtypes. Our main results show that M-CSF-generated MΦ considered as anti-inflammatory are actually able to switch to an M1 phenotype after IFNγ/LPS stimulation. Furthermore, the markers identified in this study were used to assess the impact of organic extracts of DEP (DEPe) on MΦ polarization and more generally on their physiology. DEPe alter some M1 and M2 markers expressed by polarized MΦ, without causing the overall inhibition of the M1 and M2 polarization process or the switch to a different phenotype. This phenotype alteration is associated with a decrease in the LPS-dependent inflammatory response in M1 MΦ and the chemotactic capacities in M2 MΦ. DEPe decrease the secretion of some cytokines and chemokines such as IL-6, IL-12p40 and CCL18 via AhR and/or Nrf2 activation. At the same time, we show that M1 and M2 MΦ in response to DEPe are able to secrete a sufficient level of a pro-fibrotic growth factor, the platelet derived growth factor B (PDGF-B) via AhR activation, leading to stimulation of lung fibroblast proliferation. Finally, these works show that DEPe have immunotoxic properties with regards to the physiology of human in vitro polarized MΦ. This immunotoxicity may then contribute to the deleterious effects of these urban environmental contaminants on human health.

Il est reconnu que la protéine filamenteuse intermédiaire Nestine est exprimée lors du processus de cicatrisation et du remodelage fibrotique. De plus, nous avons identifié l’expression de la Nestine au sein de deux populations distinctes qui sont directement impliquées dans les réponses de fibroses réparative et réactive. Ainsi, une population de cellules souches neurales progénitrices résidentes du coeur de rat adulte exprime la Nestine et a été identifiée à titre de substrat de l’angiogenèse et de la neurogenèse cardiaque. Également, la Nestine est exprimée par les myofibroblastes cicatriciels cardiaques et il a été établi que la protéine filamenteuse intermédiaire joue un rôle dans la prolifération de ces cellules. Ainsi, l’objectif général de cette thèse était de mieux comprendre les évènements cellulaires impliqués dans la réponse neurogénique des cellules souches neurales progénitrices résidentes cardiaques Nestine(+) (CSNPRCN(+)) lors de la fibrose réparative cardiaque et d’explorer si l’apparition de fibroblastes Nestine(+) est associée avec la réponse de fibrose réactive secondaire du remodelage pulmonaire. Une première publication nous a permis d’établir qu’il existe une régulation à la hausse de l’expression de la GAP43 (growth associated protein 43) et que cet événement transitoire précède l’acquisition d’un phénotype neuronal par les CSNPRCN(+) lors du processus de cicatrisation cardiaque chez le rat ayant subi un infarctus du myocarde. De plus, la surimposition de la condition diabétique de type 1, via l’injection unique de Streptozotocine chez le rat, abolit la réponse neurogénique des CSNPRCN(+), qui est normalement induite à la suite de l’ischémie cardiaque ou de l’administration de 6-hydroxydopamine. Le second article a démontré que le développement aigu de la fibrose pulmonaire secondaire de l’infarctus du myocarde chez le rat est associé avec une augmentation de l’expression protéique de la Nestine et de l’apparition de myofibroblastes pulmonaires Nestine(+). Également, le traitement de fibroblastes pulmonaires avec des facteurs de croissances peptidiques pro-fibrotiques a augmenté l’expression de la Nestine par ces cellules. Enfin, le développement initial de la condition diabétique de type 1 chez le rat est associé avec une absence de fibrose réactive pulmonaire et à une réduction significative des niveaux protéiques et d’ARN messager de la Nestine pulmonaire. Finalement, la troisième étude représentait quant à elle un prolongement de la deuxième étude et a alors examiné le remodelage pulmonaire chronique chez un modèle établi d’hypertension pulmonaire. Ainsi, les poumons de rats adultes mâles soumis à l’hypoxie hypobarique durant 3 semaines présentent un remodelage vasculaire, une fibrose réactive et une augmentation des niveaux d’ARN messager et de la protéine Nestine. De plus, nos résultats ont démontré que la Nestine, plutôt que l’alpha-actine du muscle lisse, est un marqueur plus approprié des diverses populations de fibroblastes pulmonaires activés. Également, nos données suggèrent que les fibroblastes pulmonaires activés proviendraient en partie de fibroblastes résidents, ainsi que des processus de transition épithélio-mésenchymateuse et de transition endothélio-mésenchymateuse. Collectivement, ces études ont démontré que des populations distinctes de cellules Nestine(+) jouent un rôle majeur dans la fibrose réparative cardiaque et la fibrose réactive pulmonaire. / It is well established that the intermediate filamentous protein Nestin is expressed during wound healing and fibrotic remodeling. Furthermore, we have identified Nestin expression in two distinct populations directly implicated in reparative and reactive fibrosis. The adult rodent heart contains a resident population of neural progenitor/stem cells that express Nestin and identified as a cellular substrate of cardiac angiogenesis and neurogenesis. Moreover, Nestin is also expressed in cardiac scar myofibroblasts and the intermediate filament protein plays a direct role in proliferation. Thus, the general aim of the present thesis was to better understand the cellular events implicated in the neurogenic response of neural progenitor/stem cells during cardiac reparative fibrosis and to explore whether the appearance of Nestin(+)-fibroblasts was associated with reactive fibrotic response secondary to pulmonary remodeling. The first study revealed that the transient upregulation of growth associated protein 43 (GAP43) represents a transition event during the acquisition of a neuronal-like phenotype by cardiac resident neural progenitor/stem cells in the scar of the infarcted rat heart. Furthermore, the superimposition of a type 1 diabetic environment, via the single injection of streptozotocin in rats, abrogated the neurogenic response of cardiac resident neural progenitor/stem cells to ischemia and 6-hydroxydopamine, respectively. The second study has demonstrated that the development of acute pulmonary fibrosis secondary to myocardial infarction of the adult rat heart was associated with the increased expression of Nestin protein levels and appearance of Nestin(+)-myofibroblasts. Furthermore, the treatment of pulmonary fibroblasts with putative pro-fibrotic peptide growth factors increased Nestin protein levels. Lastly, in the lungs of type 1 diabetic rats, the absence of a reactive fibrotic response was associated with a significant downregulation of Nestin protein/mRNA levels. Finally, the third study represented an extension of the second study and examined chronic lung remodeling in an established model of pulmonary hypertension. The lungs of adult male rats subjected to 3 weeks of hypobaric hypoxia were associated with vascular remodeling, reactive fibrosis and increased Nestin protein and mRNA levels. Moreover, Nestin, rather than smooth muscle α-actin expression was identified as a more relevant marker of activated pulmonary fibroblasts. Furthermore, the appearance of activated pulmonary fibroblasts may be derived in part from resident fibroblasts and secondary to endothelial-mesenchymal transition and epithelial-mesenchymal transition. Collectively, these studies have demonstrated that distinct populations of Nestin-expressing cells play a seminal role in cardiac reparative fibrosis and pulmonary reactive fibrosis.

Despite the possible common histopathological features at diagnosis, cancer cells present within breast carcinomas are highly heterogeneous in their molecular signatures. This heterogeneity is responsible for disparate clinical behaviors, treatment responses and long-term outcomes in breast cancer patients. Although the few histopathological markers can partially describe the diversity of cells found in tumor tissue sections, the full molecular characterization of individual cancer cells is currently impossible in routine clinical practice. In this respect, Fourier transform infrared (FTIR) microspectroscopic imaging of histological sections allows obtaining, for each pixel of tissue images, hundreds of independent potential markers, which makes this technique a particularly powerful tool to distinguish cell types and subtypes. As a complement to the conventional clinicopathological evaluation, this spectroscopic approach has the potential to directly reveal molecular descriptors that should allow identifying different clonal lineages found within a single tumor and therefore provide knowledge relevant to diagnosis, prognosis and treatment personalization. Yet, interpretation of infrared (IR) spectra acquired on tissue sections requires a well-established calibration, which is currently missing. Conventionally, mammary epithelial cells are studied in vitro as adherent two-dimensional (2D) monolayers, which lead to the alteration of cell-microenvironmental interplay and consequently to the loss of tissue structure and function. A number of key in vivo-like interactions may be re-established with the use of three-dimensional (3D) laminin-rich extracellular matrix (lrECM)-based culture systems. The aim of this thesis is to investigate by FTIR imaging the influence of the in vitro growth environment (2D culture versus 3D lrECM culture and 3D monoculture versus 3D co-culture with fibroblasts) on a series of thirteen well-characterized human breast cancer cell lines and to determine culture conditions generating spectral phenotypes that are closer to the ones observed in malignant breast tissues. The reference cell lines cultured in a physiologically relevant basement membrane model and having undergone formalin fixation, paraffin embedding (FFPE), a routine treatment used to preserve clinical tissue specimens, could contribute to the construction of a spectral database. The latter could be ultimately employed as a valuable tool to interpret IR spectra of cells present in tumor tissue sections, particularly through the recognition of unique spectral markers.To achieve the goal, we developed and optimized, in a first step, the preparation of samples derived from traditional 2D and 3D lrECM cell cultures in order to preserve their morphological and molecular relevance for FTIR microspectroscopic analysis. We then highlighted the importance of the influence of the growth environment on the cellular phenotype by comparing spectra of 2D- and 3D-cultured breast cancer cell lines between them. A particular focus was placed to establish a correlation between FTIR spectral data and publicly available microarray-based gene expression patterns of the whole series of breast cancer cell lines grown in 2D and 3D lrECM cultures. Our results revealed that, although based on completely different principles, gene expression profiling and FTIR spectroscopy are similarly sensitive to both the cell line identity and the phenotypes induced by cell culture conditions. We also identified by FTIR imaging changes in the chemical content occurring in the microenvironment surrounding cell spheroids grown in 3D lrECM culture model. Finally, we illustrated the impact of the in vivo-like microenvironment on the IR spectra of breast cancer cell lines grown in 3D lrECM co-culture with fibroblasts and compared them with spectra of cell lines grown in 3D lrECM monoculture. Unsupervised statistical data analyses reported that cells grown in 3D co-cultures produce spectral phenotypes similar to the ones observed in FFPE tumor tissue sections from breast carcinoma patients. Altogether, our results suggest that FFPE samples prepared from 3D lrECM cultures of breast cancer cell lines and studied by FTIR microspectroscopic imaging provide reliable information that could be integrated in the setting up of a recognition model aiming to identify and interpret specific spectral signatures of cells present in breast tumor tissue sections. / Le cancer du sein est une maladie très hétérogène, tant au niveau clinique que biologique. Cette hétérogénéité rend impossible la caractérisation moléculaire complète des cellules cancéreuses individuelles dans la pratique clinique courante. Dans ce contexte, l’imagerie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) des coupes tissulaires permet d'obtenir pour chaque pixel d'une image de tissu des centaines de marqueurs potentiels indépendants, ce qui pourrait faire de cette technique un outil particulièrement puissant pour identifier des différents types et sous-types cellulaires. L'interprétation des spectres infrarouges (IR) enregistrés à partir des coupes histologiques nécessite cependant une calibration qui fait actuellement défaut. Cette calibration pourrait être obtenue à partir de lignées cellulaires tumorales bien caractérisées. Traditionnellement, les cellules épithéliales mammaires sont étudiées in vitro sous forme de monocouches adhérentes bidimensionnelles (2D), ce qui conduit à l'altération de la communication entre les cellules et leur environnement et, par conséquent, à la perte de l’architecture et de la fonction du tissu épithélial. Un certain nombre d'interactions physiologiques clés peuvent être rétablies en utilisant des systèmes de culture tridimensionnelle (3D) dans une matrice extracellulaire riche en laminine (lrECM). L'objectif de cette thèse consiste à étudier par imagerie FTIR l'influence du microenvironnement (via une comparaison entre les cultures 2D et 3D lrECM ou les cultures 3D lrECM en présence ou en l’absence de fibroblastes) sur une série de treize lignées de cellules tumorales mammaires humaines bien caractérisées et à déterminer les conditions de culture générant des phénotypes spectraux qui se rapprochent le plus de ceux observés dans les tissus tumoraux. Au cours de ce travail, nous avons mis au point la culture des lignées cellulaires dans un modèle 3D lrECM ainsi qu’une méthodologie de préparation des échantillons offrant la possibilité de les comparer de manière pertinente avec les cellules cancéreuses présentes dans les coupes histologiques. De même, nous avons étudié par imagerie FTIR les effets du microenvironnement sur les lignées de cellules tumorales et inversement. Pour les lignées investiguées, le passage d’une culture 2D à une culture 3D lrECM s’accompagne, en effet, de modifications du spectre IR étroitement corrélées aux modifications du transcriptome. Les marqueurs spectraux indiquent également que l’environnement 3D génère un phénotype cellulaire proche de celui trouvé dans les coupes histologiques. De manière intéressante, cette proximité est d’autant plus renforcée en présence de fibroblastes dans le milieu de culture. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le stress oxydant joue un rôle majeur dans le déclenchement et le développement de la sclérodermie systémique (ScS). Nous avons mis au point un modèle murin où la maladie est déclenchée par divers types de stress oxydant, puis nous avons exploré les différentes voies d'activation des fibroblastes sous l'effet des formes réactives de l'oxygène, afin de déterminer d'éventuelles cibles thérapeutiques. Pour apprécier les effets d’un stress oxydant chronique, des solutions contenant différents oxydants ont été injectées dans la peau de souris BALB/c et BALB/c SCID. Les solutions contenant le radical hydroxyl OH° ou HOCl ont induit une maladie caractérisée, comme la ScS diffuse, par une fibrose cutanée et viscérale, et des auto-anticorps anti-ADN topoisomérase-1. Les sérums de ces souris contenaient de grandes quantités de dérivés oxydés des protéines et induisaient la prolifération des fibroblastes et la production de formes réactives de l’oxygène par les cellules endothéliales. Une fibrose pulmonaire de moindre importance était induite chez les souris BALB/c SCID. Grâce à ce nouveau modèle murin de SSc, nous avons démontré que le stress oxydant était directement responsable des anomalies observées dans les fibroblastes, les cellules endothéliales et le système immunitaire. Nous avons ensuite utilisé ce modèle pour analyser les voies d’activation fibroblastique dans la ScS. Dans les fibroblastes des souris exposées à HOCl, on observe une dérégulation des voies des récepteurs Notch, des récepteurs aux cannabinoïdes, et des récepteurs au PDGF. On observe les mêmes dérégulations ex vivo dans les fibroblastes de patients atteints de SSc diffuse. Nous avons ainsi observé une amélioration clinique significative chez les souris sclérodermiques traitées avec un inhibiteur de l’activation de Notch, avec un agoniste des récepteurs aux cannabinoïdes, et avec des inhibiteurs de tyrosine-kinase ciblant le récepteur au PDGF. Puisque les fibroblastes sclérodermiques ont un phénotype activé et produisent de forts taux de formes réactives de l’oxygène, nous avons enfin mis à profit cette particularité pour induire l’apoptose sélective de ces cellules dans le derme des souris. Le trioxyde d’arsenic, molécule cytotoxique utilisée en thérapeutique humaine, augmente la production cellulaire de formes réactives de l’oxygène au-delà d’un seuil létal et induit ainsi l’apoptose des fibroblastes sclérodermiques. L’utilisation in vivo de cette molécule dans notre modèle murin prévient la fibrose cutanée et viscérale, et les anomalies endothéliales. Le trioxyde d’arsenic a un effet comparable dans le modèle murin de ScS associée à la réaction du greffon contre l’hôte en détruisant les lymphocytes T CD4+ alloréactifs activés et les cellules dendritiques plasmacytoïdes responsables de l’activation du système immunitaire. Les formes réactives de l’oxygène sont donc impliquées dans l’induction des lésions observées au cours de la ScS. Dans notre modèle, le rôle du système immunitaire intervient dans l'auto-entretien et l’extension systémique de la maladie. Le stress oxydant contribue à la dérégulation de diverses voies de signalisation dont les voies des récepteurs Notch, des récepteurs aux cannabinoïdes et du PDGF dans les fibroblastes. La modulation de ces voies permet d’obtenir une amélioration clinique chez les souris sclérodermiques, tout comme l’utilisation du trioxyde d’arsenic qui entraîne la délétion spécifique des fibroblastes sclérodermiques surpoduisant des formes réactives de l’oxygène. Le trioxyde d’arsenic montre également une efficacité intéressante dans le modèle de sclérodermie associée à la maladie du greffon contre l’hôte via la délétion des lymphocytes T CD4+ alloréactifs. / We defend the thesis that the oxidative stress plays a major role in the initiation and the development of systemic sclerosis. To demonstrate this thesis, we designed an original mouse model: BALB/c and BALB/SCID mice were injected intra-dermally with prooxidative agents, bleomycin or PBS for 6 weeks. Hypochlorite and hydroxyl radicals induced cutaneous and lung fibrosis in BALB/c mice, in association with anti-DNA topoisomerase-1 auto-antibodies that characterize human diffuse systemic sclerosis. Pulmonary fibrosis was less extensive in BALB/c SCID mice submitted to the same protocol. In this model of HOCl-induced systemic sclerosis, cutaneous fibroblasts display a hyperactivated phenotype that prompted us to investigate several pathways of cellular activation. The NOTCH pathway and the PGDF-receptor pathways were found upregulated in the skin of HOCl-mice. DAPT (a gamma secretase inhibitor that prevents NOTCH cleavage), Sunitinib (an inhibitor of PGDF-receptor phosphorylation), and WIN-55,212, an agonist of the cannabinoid receptors 1 and 2, dramatically improved the clinical, histological and biological signs of systemic sclerosis in the HOCl model.In our model as in patients with SSc, activated fibroblasts produce reactive oxygen species that exert an autocrine effect on their own proliferation and collagen synthesis. By analogy with tumor cells that undergo apoptosis upon cytotoxic treatment that triggers an oxidative stress beyond a lethal threshold, we showed that activated fibroblasts can be selectively killed by the cytotoxic molecule arsenic trioxide (As2O3) that generates intracellular ROS. In the mouse model of sclerodermatous-graft versus host disease (Scl-GVHD), daily intra-peritoneal injections of As2O3 abrogated the clinical symptoms (diarrhea, alopecia, vasculitis, fibrosis of the skin and visceral organs) and specifically induced the apoptosis of activated CD4+ T cells and plasmacytoid dendritic cells. Those data provide a rationale for the evaluation of As2O3 in the management of patients affected by systemic sclerosis or chronic GVHD.