La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations du gène codant pour le canal Cl- CFTR. Au niveau respiratoire, cette dysfonction du transport transépithélial de Cl- occasionne une altération de la composition et du volume du liquide de surface des voies aériennes. Une accumulation de mucus déshydraté favorise alors la colonisation bactérienne et une réponse inflammatoire chronique, entraînant des lésions épithéliales sévères au niveau des voies aériennes et des alvéoles pouvant culminer en défaillance respiratoire. Le principal objectif de mon projet de maîtrise était d’étudier les processus de réparation de l’épithélium alvéolaire sain, l’épithélium bronchique sain et FK à l’aide d’un modèle in vitro de plaies mécaniques. Nos résultats démontrent la présence d’une boucle autocrine EGF/EGFR contrôlant les processus de migration cellulaire et de réparation des lésions mécaniques. D’autre part, nos expériences montrent que l’EGF stimule l’activité et l’expression des canaux K+ KATP, KvLQT1 et KCa3.1 des cellules épithéliales respiratoires. L’activation de ces canaux est cruciale pour les processus de réparation puisque la majeure partie de la réparation stimulée à l’EGF est abolie en présence d’inhibiteurs de ces canaux. Nous avons également observé que les cellules FK présentent un délai de réparation, probablement causé par un défaut de la réponse EGF/EGFR et une activité/expression réduite des canaux K+. Nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes de régulation des processus de réparation de l’épithélium sain et FK. De plus, ils ouvrent de nouvelles options thérapeutiques visant à promouvoir, à l’aide d’activateurs de canaux K+ et de facteurs de croissance, la régénération de l’épithélium respiratoire chez les patients atteints de FK. / The cystic fibrosis pathology (CF) is caused by mutations of the gene coding for the Cl- channel, CFTR. In the lungs, the dysfunction of transepithelial ion transport leads to an alteration of airway surface liquid volume and composition. Dehydrated mucus accumulation then favors chronic bacterial colonisation and inflammatory response, inducing severe epithelial injuries in the airways and the alveoli and then, respiratory failure. The main objective of my master degree project was to study normal alveolar, normal and CF bronchial epithelia repair processes using an in vitro model of mechanical wound-healing. Our results reveal the presence of an EGF/EGFR autocrine loop that controls cell migration and wound-healing. Our results show also that EGF signaling stimulate KATP, KvLQT1 and KCa3.1 K+ channel activity and expression in epithelial cells. K+ channel activation is crucial for repair processes since K+ channel inhibitors prevent most of EGF-stimulated wound-healing. We also observed that CF cells present delayed repair processes, probably caused by an EGF signaling defect and reduced K+ channel activity and expression. Our results allow us to better understand the regulatory mechanisms of normal and CF epithelial repair processes. Futhermore, our results open to new therapeutic options that promote, with K+ channel activators and growth factors, respiratory epithelium regeneration in CF patients.

La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations dans le gène codant pour le canal CFTR. La mutation la plus commune est la délétion du résidu Phe508 (∆F508), qui entraîne un mauvais repliement et la dégradation de la protéine mutée. Ainsi, l’absence du CFTR cause un dysfonctionnement du transport ionique et liquidien qui altère le phénomène de clairance mucociliaire. Il en résulte une accumulation de mucus visqueux obstruant les voies aériennes favorisant une colonisation bactérienne, spécialement par P. aeruginosa, et une inflammation chronique. Ces phénomènes entraînent des lésions épithéliales et un remodelage des voies aériennes. Selon nos analyses ultrastructurales de poumons issus de patients FK au moment de la transplantation, certaines zones de l’épithélium FK montrait des signes de d’initiation des processus de réparation. Malgré cela, un dommage épithélial progressif est observé chez les patients FK et il apparaît évident que les processus de réparation sont insuffisants pour permettre le rétablissement de l’intégrité épithéliale. Le principal objectif de mon étude était d’étudier le rôle du CFTR dans les mécanismes de réparation de l’épithélium FK et de déterminer l’impact de la correction du CFTR sur la réparation épithéliale et ce, en condition aseptique et en présence d’infection. Mes travaux montrent que l’épithélium des voies aériennes FK présente un défaut de réparation, associé, du moins en partie, à l’absence d’un CFTR fonctionnel. De plus, nous avons démontré pour la première fois que l’application du correcteur du CFTR VRT-325 permettait, non seulement, la maturation du CFTR, mais également une amélioration de la capacité des monocouches de cellules des voies aériennes FK à se réparer. D’autre part, nous avons montré que la présence du filtrat bactérien de P. aeruginosa (PsaDM) altérait non seulement l’expression et la fonction du CFTR, mais également les processus de réparation épithéliale. Enfin, nos résultats montrent que l’infection affecte la maturation du CFTR induite par le VRT-325 et diminue les effets bénéfiques du VRT-325 sur la réparation épithéliale. Mes travaux permettent de mieux comprendre le rôle du CFTR dans les processus de réparation de l’épithélium FK et de proposer une nouvelle approche thérapeutique visant à promouvoir la régénération épithéliale chez les patients FK afin de tenter de stabiliser leur état, malgré l’effet délétère de la composante infectieuse. / The Cystic fibrosis (CF) pathology is caused by mutations of the gene coding for the CFTR channel. The most common mutation is the deletion of Phe508 (∆F508) causing protein misfolding and degradation. Thus, the absence of CFTR channel causes the dysfunction of ion and fluid transport that impairs mucociliary clearance resulting in mucus thickening and plugging in the airways. These conditions then favor P. aeruginosa bacterial colonisation and inflammation in the airways, which contribute to airway damage and remodeling. Ultrstructural analysis of bronchial sections of lungs collected from CF patients at the time of transplantation showed some area with signs of ongoing epithelial repair. However, a progressive epithelial damage is still observed in CF patients and it appears that the repair process is insufficient to restore epithelial integrity. The main objective of my work was to study the role of CFTR in the CF repair processes and to explore the impact of CFTR correction on epithelial repair under pathogen-free condition as well as in the presence of infectious products. Our study showed that CF airway epithelium exhibits a repair defect, associated, at least in part, to the absence of a functional CFTR channel. Furthermore, we demonstrated for the first time that CFTR rescue with the CFTR corrector VRT-325 significantly improved the wound-healing capacity of CF epithelial cell monolayers. Then, we showed that the presence of bacterial filtrate, more precisely P. aeruginosa diffusible material (PsaDM), not only alter CFTR function and expression, but also impaired epithelial repair processes. Finally, our results suggested that infection has a deleterious impact on CFTR rescue, and affected the beneficial effect on epithelial repair processes induced by VRT-325. My work allows to better understand the role of CFTR in the CF epithelial repair mechanisms and to propose new therapeutic strategies to promote epithelial regeneration in CF patients in attempt to stabilize their condition, despite the deleterious impact of infection.

La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations du gène codant pour le canal Cl- CFTR. Au niveau respiratoire, cette dysfonction du transport transépithélial de Cl- occasionne une altération de la composition et du volume du liquide de surface des voies aériennes. Une accumulation de mucus déshydraté favorise alors la colonisation bactérienne et une réponse inflammatoire chronique, entraînant des lésions épithéliales sévères au niveau des voies aériennes et des alvéoles pouvant culminer en défaillance respiratoire. Le principal objectif de mon projet de maîtrise était d’étudier les processus de réparation de l’épithélium alvéolaire sain, l’épithélium bronchique sain et FK à l’aide d’un modèle in vitro de plaies mécaniques. Nos résultats démontrent la présence d’une boucle autocrine EGF/EGFR contrôlant les processus de migration cellulaire et de réparation des lésions mécaniques. D’autre part, nos expériences montrent que l’EGF stimule l’activité et l’expression des canaux K+ KATP, KvLQT1 et KCa3.1 des cellules épithéliales respiratoires. L’activation de ces canaux est cruciale pour les processus de réparation puisque la majeure partie de la réparation stimulée à l’EGF est abolie en présence d’inhibiteurs de ces canaux. Nous avons également observé que les cellules FK présentent un délai de réparation, probablement causé par un défaut de la réponse EGF/EGFR et une activité/expression réduite des canaux K+. Nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes de régulation des processus de réparation de l’épithélium sain et FK. De plus, ils ouvrent de nouvelles options thérapeutiques visant à promouvoir, à l’aide d’activateurs de canaux K+ et de facteurs de croissance, la régénération de l’épithélium respiratoire chez les patients atteints de FK. / The cystic fibrosis pathology (CF) is caused by mutations of the gene coding for the Cl- channel, CFTR. In the lungs, the dysfunction of transepithelial ion transport leads to an alteration of airway surface liquid volume and composition. Dehydrated mucus accumulation then favors chronic bacterial colonisation and inflammatory response, inducing severe epithelial injuries in the airways and the alveoli and then, respiratory failure. The main objective of my master degree project was to study normal alveolar, normal and CF bronchial epithelia repair processes using an in vitro model of mechanical wound-healing. Our results reveal the presence of an EGF/EGFR autocrine loop that controls cell migration and wound-healing. Our results show also that EGF signaling stimulate KATP, KvLQT1 and KCa3.1 K+ channel activity and expression in epithelial cells. K+ channel activation is crucial for repair processes since K+ channel inhibitors prevent most of EGF-stimulated wound-healing. We also observed that CF cells present delayed repair processes, probably caused by an EGF signaling defect and reduced K+ channel activity and expression. Our results allow us to better understand the regulatory mechanisms of normal and CF epithelial repair processes. Futhermore, our results open to new therapeutic options that promote, with K+ channel activators and growth factors, respiratory epithelium regeneration in CF patients.

La fibrose kystique (FK), causée par des mutations dans le gène codant pour le canal chlorure CFTR, est caractérisée par des infections bactériennes chroniques des voies aériennes (VA), impliquant en particulier Pseudomonas aeruginosa (PA) et Staphylococcus aureus (SA). Les facteurs de virulence (VirF) sécrétés par celles-ci sont responsables de la destruction progressive des VA et altèrent la capacité de réparation du tissu épithélial. Il existe cependant des molécules spécifiques permettant de corriger le défaut de CFTR et de moduler l’activité de canaux potassiques, deux actions qui pourraient favoriser la réparation épithéliale de par leur action. Leur efficacité pourrait toutefois être altérée par les VirF de P. aeruginosa ou S. aureus. Mon objectif a été d’identifier le potentiel de réparation épithélial du Trikafta et du ML277, modulateurs respectivement spécifiques des canaux CFTR et KvLQT1 (canal potassique sensible au voltage, du syndrome du QT long), impliqués dans les processus de réparation. Des cultures primaires de cellules bronchiques des VA de patients FK ont été traitées avec la triple combinaison de modulateurs de CFTR Trikafta, l’activateur de KvLQT1 ML277, et la combinaison de ces deux derniers, en plus d’être exposées aux VirF de cultures de P. aeruginosa ou S. aureus. L’efficacité de ces traitements sur les processus de réparation fut évaluée, suite à des lésions, selon la vitesse de réparation des plaies, la prolifération cellulaire et les dynamiques de migration guidée cellulaire. Les VirF de P. aeruginosa et S. aureus altèrent la vitesse de fermeture lésionnelle, la prolifération cellulaire et les dynamiques de migration cellulaire. Les traitements Trikafta et ML277 permettent cependant d’améliorer ces processus de la réparation épithéliale, et ce, en absence comme en présence des VirF bactériens nocifs à la réparation. La combinaison du Trikafta et du ML277 n’amène cependant pas l’effet additif espéré sur la réparation épithéliale. Ces résultats témoignent finalement de l’effet bénéfique du Trikafta et du ML277 sur la réparation épithéliale malgré la condition infectieuse, favorisant l’intégrité fonctionnelle de l’épithélium des VA FK. / Cystic fibrosis (CF), caused by mutations in the gene coding for the chloride channel CFTR, is characterized by chronic bacterial infections in the airways, particularly by Pseudomonas aeruginosa (PA) and Staphylococcus aureus (SA). The virulence factors (VirF) secreted by these bacteria are responsible for the progressive destruction of the airways and impair the repair process of the epithelia. Nevertheless, there are specific molecules that correct the CFTR defect and modulate potassium channel activity, both of which could be beneficial at promoting epithelial repair. However, their efficacy could be altered by P. aeruginosa or S. aureus VirF. My objective was to identify the repair potential of Trikafta and ML277, respectively specific modulators of CFTR and KvLQT1 channels, involved in repair processes. Primary cultures of airways epithelial cells from CF patients were treated with the triple combination of CFTR modulators Trikafta, the KvLQT1 activator ML277, and the combination of the latter two, in addition to being exposed to VirF from P. aeruginosa or S. aureus cultures. The efficacy of these treatments on repair processes was evaluated, following wound injury, by the rate of wound repair, cell proliferation and guided cell migration dynamics. P. aeruginosa and S. aureus VirF alter wound repair rates, cell proliferation and cell migration dynamics. Nevertheless, Trikafta and ML277 treatments improve these epithelial repair processes, both in the absence and presence of repair-damaging P. aeruginosa or S. aureus VirF. However, the combination of Trikafta and ML277 did not have the hoped-for additive effect on epithelial repair. Overall, these results show the beneficial effect of Trikafta and ML277 epithelial repair despite the infectious condition, promoting the functional integrity of the CF airways epithelia.

Mémoire en recherche-création / Creative dissertation / Objectif: Les lésions rénales aiguës causées par l'ischémie-reperfusion rénale (I/R) constituent un problème clinique majeur pour lequel les thérapies sont limitées, et dont le mécanisme sous-jacent reste mal compris. L'insuffisance rénale aiguë précède souvent la transition vers l'insuffisance rénale chronique, marquée par une inflammation soutenue, un remodelage tubulaire et une fibrose. Il est intéressant de noter que la protéine Hedgehog interacting (Hhip) a été identifiée comme un régulateur important dans la maladie rénale chronique, avec une expression notable dans les cellules endothéliales. Cependant, l'implication et le rôle de Hhip dans l'insuffisance rénale aiguë n'ont pas fait l'objet d'études approfondies. Dans ma thèse de maîtrise, nous cherchons à déterminer si le knock-out de Hhip spécifique aux cellules endothéliales peut prévenir l'insuffisance rénale aiguë induite par l’I/R in vivo, et à explorer les mécanismes moléculaires possibles par le biais d'expériences in vitro. Méthodes: Une I/R rénale unilatérale de 45 minutes ou une chirurgie sham avec néphrectomie controlatérale a été réalisée sur des souris mâles HhipEC-KO âgées de 10 semaines et sur leurs compagnons de contrôle Hhipfl/fl, respectivement. Les souris ont été divisées en quatre groupes : sham-Hhipfl/fl, sham-HhipEC-KO, IRI-Hhipfl/fl, IRI-HhipEC-KO, avec 6-8 souris dans chaque groupe. Des échantillons de sérum, d'urine et de rein ont été prélevés dans chaque groupe aux 1er, 3e et 7e jours postopératoires en vue d'analyses ultérieures. Les expériences in vitro ont consisté à exposer des cellules tubulaires proximales rénales naïves (IRPTCs) au milieu conditionné prélevé sur des cellules endothéliales de souris (mECs) dans différentes conditions, y compris la présence ou l'absence de Hhip (Hhip recombinant ou siRNA-Hhip) et le traitement au cisplatine. Résultats: Par rapport aux souris témoins sham, les souris qui ont subi une chirurgie I/R rénale ont toutes subi une perte de poids corporel significative et des lésions tubulaires rénales marquées, quel que soit le statut du knock-out Hhip. Les souris IRI-Hhipfl/fl ont présenté un taux de mortalité plus élevé et un rapport albumine/ créatinine (ACR) élevé en postopératoire par rapport aux souris IRI-HhipEC-KO. De meilleurs résultats pathologiques et une fibrose rénale réduite ont été observés chez les souris HhipEC-KO lors de lésions rénales aiguës. En outre, les niveaux d'expression du marqueur de lésions rénales-1 (KIM-1) étaient plus faibles chez les souris IRI-HhipEC-KO que chez les souris IRI-Hhipfl/fl. Notamment, l'expression des marqueurs associés à la sénescence cellulaire, y compris la β-galactosidase associée à la sénescence (SA-β-gal), la p21 et la p16, était accrue dans les tubules rénaux des souris Hhipfl/fl, mais significativement réduite chez les souris HhipEC-KO. Des expériences in vitro ont également révélé que les IRPTCs naïves cultivées dans un milieu conditionné (CM) provenant de mECs prétraitées au cisplatine présentaient une réponse de sénescence cellulaire prononcée, caractérisée par l'expression accrue de p21 et de p53. Cependant, le CM provenant de mECs silencées par Hhip, contenant également du cisplatine, a largement atténué ces effets néfastes chez les IRPTCs naïves. En outre, les reins des souris IRI-HhipEC-KO présentaient moins de fibrose et une plus faible expression de la molécule d'adhésion vasculaire-1 (VCAM-1) que les reins des souris témoins (IRI-Hhipfl/fl). Conclusion: Ces résultats suggèrent le rôle protecteur du knock-out de Hhip dans les cellules endothéliales contre les lésions tubulaires rénales induites par les lésions rénales aiguës. Cette protection potentielle peut être médiée, au moins en partie, par l'inhibition de la sénescence des cellules tubulaires médiée par Hhip. / Background/aim: Acute kidney injury (AKI) caused by renal ischemia reperfusion (I/R) stands as a major clinical issue with limited therapies, and its underlying mechanism remains poorly understood. AKI often precedes the transition to chronic kidney disease (CKD), marked by the sustained inflammation, tubular remodeling, and fibrosis. Interestingly, Hedgehog interacting protein (Hhip) has been identified as an important regulator in CKD, with notable expression in endothelial cells. However, the involvement and the role of Hhip during AKI has not been thoroughly investigated. In my master’s thesis, we aim to investigate whether endothelial cell-specific knockout of Hhip can prevents renal I/R-induced AKI in vivo, and to explore possible molecular mechanisms involved through in vitro experiments. Methods: 45-minute unilateral renal I/R or sham surgery, along with contralateral nephrectomy, was performed on 10-week-old male HhipEC-KO and its control littermate Hhipfl/fl mice, respectively. The mice were divided into four groups: sham-Hhipfl/fl, sham-HhipEC-KO, IRI-Hhipfl/fl, IRI-HhipEC-KO, with 6-8 mice in each group. Serum, urine and kidney samples were collected from each group on the 1st, 3rd, 7th postoperative days for subsequent analysis. In vitro experiments involved exposing naïve renal proximal tubular cells (IRPTCs) to the conditioned medium harvested from mouse endothelial cells (mECs) under different conditions, including presence or absence of Hhip (recombinant Hhip or siRNA-Hhip) and Cisplatin treatment. Results: Compared to sham control mice, mice that underwent renal I/R surgery all experienced significant body weight loss and marked renal tubular injury, regardless of Hhip knockout status. IRI-Hhipfl/fl mice exhibited a higher mortality rate and an elevated albumin/creatinine ratio (ACR) postoperatively compared to IRI-HhipEC-KO mice. Improved pathological outcomes and reduced renal fibrosis were observed in HhipEC-KO mice during AKI. In addition, the expression levels of kidney injury marker-1 (KIM-1) were lower in the IRI-HhipEC-KO mice than in the IRI-Hhipfl/fl mice. Notably, the expression of cellular senescence-associated markers, including senescence-associated-β-galactosidase (SA-β-gal), p21, and p16 was enhanced in the renal tubules of Hhipfl/fl mice, but significantly reduced in HhipEC-KO mice. In vitro experiments further revealed that naïve IRPTCs cultured in conditioned medium (CM) from Cisplatin-pretreated mECs exhibited a pronounced cellular senescence response, characterized by the upregulated expression of p21 and p53. However, CM from Hhip-silenced mECs, also containing Cisplatin, largely mitigated these adverse effects in naïve IRPTCs. Furthermore, kidneys of IRI-HhipEC-KO mice displayed less fibrosis and lower expression of vascular adhesion molecule-1 (VCAM-1) compared to their controls (IRI-Hhipfl/fl). Conclusion: These results hint at the protective role of Hhip knockout in endothelial cells against AKI-induced renal tubular injury. This potential protection may be mediated, at least in part, by the inhibition of Hhip-mediated tubular cell senescence.