L'os, tissu conjonctif minéralisé, assure les fonctions de protection, de support et de motilité. De nombreuses pathologies osseuses requièrent l'utilisation d'implants naturels ou synthétiques et le vieillissement de la population accroît cette demande. La thèse a eu pour objet d'évaluer les potentiels de reconstruction osseuse de matériaux préparés à partir de solutions de collagène de concentration moyenne (5mg/mL) et haute (40mg/mL). Ces matériaux fibrillaires, simple à façonner, ont été caractérisés par microscopie photonique et électronique et comparés aux éponges de collagène déjà utilisées en thérapeutique. En culture in vitro à long terme, des ostéoblastes humains, primaires ou transformés, se multiplient et s'organisent en une monocouche épithélioïde sur les matrices à 5mg/mL, ou en cellules plates et allongées sur les matrices à 40mg/mL. La minéralisation des matrices, en conditions standard, n'a lieu qu'en présence d'ostéoblastes tandis que les éponges minéralisent de façon spontanée. Dans un défaut crânien engendré chez le rat, les matrices ont permit son comblement à plus de 80%. Elles sont colonisées par les ostéoprogéniteurs qui se différencient et synthétisent de l'os minéralisé ; leur concentration module leur dégradation. En contact en 3D avec le réseau fibrillaire les otéoblastes primaires apparaissent dendritiques et s'organisent en syncytium, reliés par des jonctions communicantes. Cette transition morphologique est décrite in vitro par une approche combinée de microscopies. Ces travaux valident l'utilité des matrices fibrillaires de collagène pour l'ingénierie de l'os. Ils confirment également l'intérêt que peut tirer la recherche fondamentale de disposer de matrices extracellulaires modèles.

Les cellules souches de glioblastomes (GSC) sont sensibles aux propriétés mécaniques de leur microenvironnement et utilisent la rigidité pour favoriser leur invasion.Dans ce contexte, nous avons développé une matrice 3D fibrillaire artificielle permettant de récapituler in vitro les comportements migratoires observés in vivo. Cette matrice étant hautement plastique, nous avons pu moduler la rigidité, la chimie de surface ou encore l'alignement des fibres.Dans un premier temps nous avons modifié leur chimie de surface grâce à l’ajout de protéines de la matrice extracellulaire (MEC) puis déposé des neurosphères (NS) de GSC sur ce tissu artificiel. L’ajout de laminine nous a permis d’observer le passage d’un comportement migratoire collectif à individuel.Dans un deuxième temps nous avons modulé la rigidité des fibres. Après cinq jours de migration des GSC dans différentes conditions de rigidités, nous avons constaté une augmentation de la vitesse de migration à la rigidité intermédiaire de 166kPa par rapport à la condition plus souple de 3,2 kPa et à la condition plus rigides de 1260kPa. Cette capacité migratoire maximale dans nos conditions est associée à des changements de morphologie des GSC, à une augmentation de l'expression des protéines associée à la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) et à une modification de la régulation des protéines des adhérences focales.La surexpression de Mannoside acetyl glucosaminyltransférase 5 (MGAT5) est associée aux tumeurs malignes et est impliquée dans la formation de regroupement de protéines membranaires grâce à la formation d’un treillis. Elle favorise également la maturation des adhérences focales, la migration cellulaire, l'invasion et l’EMT, entraînant ainsi des avantages fonctionnels pour les cellules tumorales. Au vu des résultats précédents sur l'expression des protéines EMT et des modifications de la régulation des protéines des adhérences focales, nous avons généré des GSC n’exprimant plus la MGAT5 grâce à la technique CRISPR Cas9 et les avons placées en NS sur les matrices 3D présentant différentes rigidité. Nous avons alors observé une diminution de la vitesse de migration à 166kPa par rapport aux GSC contrôles, associée à une diminution de l'EMT et de la maturation des adhérences focales. Par conséquent, cette étude démontre l'implication de la glycosylation et plus particulièrement de la glycosylation médiée par la MGAT5 sur la mécanotransduction des GSC. / Glioblastoma stem cells (CSC) have been reported to be sensitive to the mechanical properties of the surrounding tissue/microenvironment and to use the microenvironment stiffness to enhance invasion.In this context, we developed a 3D artificial fibrillary tissue which can allow in vitro recapitulation of the migration behavior observed in vivo. This 3D matrix is highly plastic which allows for modulation of stiffness, surface chemistry and fibers alignment.On the first hand, we functionalized the fibers with extracellular matrix proteins and then we plated GSCs neurospheres (NS) on the developed 3D artificial tissue. The addition of laminin modulates the migration behaviour from single cell to collective mode.On the second hand we have modified stiffness of the fibers. After five days of GSCs NS migration on 3D electrospun fibers of different stiffnesses, we have seen an increase in migration velocity for an intermediate stiffness of 166kPa in comparison with our softest 3.2 kPa and stiffest stiffnesses (1260 kPa). This maximum migration rate is associated with changes in cell shape, increase of EMT proteins expressions and modifications of focal adhesion proteins regulation.Mannoside acetyl glucosaminyltransferase 5 (MGAT5) overexpression is associated with malignant tumors and it is implicated in the clustering of membrane proteins through lattice formation, focal adhesions, cell migration, invasion, and epithelial-to-mesenchymal transition (EMT), resulting in functional advantages for tumor cells.In light of previous results about of EMT proteins expressions and modifications of focal adhesion proteins regulation, we generated MGAT5 CRISPR Cas9 GSCs and placed it on 3D matrix with different stiffnesses. We observe a decrease in migration velocity at the intermediate stiffness in comparison with GSCs WT associated with a decrease in focal adhesion maturation and EMT. This study demonstrates the implication of glycosylation and more particularly MGAT5-mediated glycosylation on GSCs mechanotransduction.

La ténascine-X (TNX) est une glycoprotéine de la matrice extracellulaire. Son expression est fortement réprimée dans de nombreux cancers et l’invasion tumorale est accrue chez des souris TNX-/-. La TNX apparaît donc comme un répresseur potentiel du développement des tumeurs. L’objectif de notre travail est d’étudier cet effet présumé et d’en comprendre les mécanismes, en analysant in vitro le rôle de la TNX sur la croissance et la migration de cellules de fibrosarcome HT-1080 dans des modèles de culture bi- et surtout tridimensionnels, plus représentatifs de l’environnement cellulaire in vivo. Nos résultats montrent que la TNX inhibe la croissance des cellules tumorales, sans induire de mort apoptotique ou nécrotique. Des observations par microscopie confocale ont montré que la présence de TNX réduit l’étalement des cellules ainsi que leur efficacité de migration. Nous avons pu mettre en évidence que la TNX provoque un ralentissement de la migration des cellules tumorales ainsi qu’une diminution de la directionnalité de leurs trajectoires. L’observation de la protéolyse du collagène de type I par les cellules en migration montre qu’elle est inhibée en présence de TNX. Par ailleurs, la TNX réduit l’expression et l’activation des MMP 2, MMP-9, et MT1 MMP. Certaines voies de signalisation associées ont été étudiées : la TNX inhibe la phosphorylation de FAK sur sa tyrosine 397, ainsi que l’activation des GTPases RhoA et Rac, sans affecter celle de Cdc42. Par une régulation fine de ces molécules, qui sont impliquées dans le contrôle de la croissance et de la migration cellulaire, la TNX se caractérise comme un inhibiteur extracellulaire de l’invasion tumorale / Tenascin-X (TNX) is involved not only in the organisation of the extracellular matrix architecture but also in the regulation of cell behaviour. This matrix glycoprotein is down-regulated in many tumor types, while tumor invasion is promoted in TNX-deficient mice. In order to decipher the mechanisms by which TNX modulates tumor cell growth and migration, we compared the behaviour of HT1080 fibrosarcoma cells in conventionnal 2D culture model or embedded in 3D collagen gels, both containing or not recombinant TNX. Some experimentations have permit us to demonstrate that TNX inhibits tumor cells growth, without inducing apoptotic or necrotic cell death. Laser confocal microscopy observations demonstrated that the presence of TNX reduces cell spreading and migration efficency. Moreover, video time-lapse analysis showed that TNX reduces both velocity and directionnality of cell migration. This result is partly due to a decrease of pericellular proteolysis, as observed in situ using FITC-collagen-containing gels. Besides, we showed that TNX led to a decrease of MMP 2, MMP-9, MT1 MMP expression and activity. Then, we determined that both FAK phosphorylation on tyrosine 397 and activation of Rac1/2/3 and RhoA small GTPases were inhibited in TNX conditions. An inactivation of these small GTPases of the Rho family is known to deregulate cell cycle and highly decrease tumor cell spreading and migration efficiency in 3D environment. Taken together, these results indicate that TNX is an extracellular inhibitor of cell invasion, which acts by downregulating the main signalling pathways responsible for cell growth and motility in 3D-collagen gels