Une blessure à la moelle épinière (BME) est un traumatisme qui endommage les fibres nerveuses permettant la communication entre le cerveau et le reste du corps. La prévalence d'une BME est d'environ 1.3 million de Nord-Américains. Il n'existe malheureusement aucune cure pour réparer la moelle épinière lésée. La principale conséquence d'une BME est une perte des fonctions sensorielles et motrices volontaires, sous le niveau de la lésion (ex, lésion thoracique entraîne paraplégie). Les patients souffrent également de problèmes de santé qui se développent progressivement. Des problèmes immunitaires, métaboliques, hormonaux, cardiovasculaires, musculaires, osseux et mentaux apparaîtront chez une majorité de patients. Le manque de connaissance lié au développement de ces troubles de santé constitue la problématique de recherche au coeur de cette thèse. Le but de cette thèse est de mieux comprendre l'étendue de ces problèmes de santé, et de concevoir un traitement novateur pour diminuer, voire prévenir, certains de ces problèmes. En se sens, les objectifs sont : 1) De terminer la caractérisation des ces problèmes chez notre modèle animal. 2) De bien établir les conséquences fonctionnelles de la plasticité neuronale sous-lésionnelle sur le système moteur et locomoteur. 3) D'établir le rôle précis des récepteurs 5-HT2 dans l'activation pharmacologique des circuits spinaux locomoteurs in vivo. 4) De déterminer les effets de substances aux propriétés anaboliques sur le système musculaire et locomoteur. 5) D'évaluer les effets de d'un entraînement seul, puis d'une approche multidisciplinaire combinant l'entraînement locomoteur, l'administration d'agents aux propriétés anaboliques et d'activateurs des réseaux locomoteurs spinaux, sur les dérèglements des systèmes locomoteur, musculaire et osseux.

Dans la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), les muscles périphériques des patients subissent couramment une atrophie non négligeable. Les causes exactes de ce phénomène ne sont pas encore bien comprises, mais l'hypoxémie fait partie des hypothèses les plus souvent mentionnées pour expliquer cette perte de masse musculaire. Aucune étude n'a mesuré directement les effets de l'hypoxie sur la cellule musculaire. Le but de ce projet de maîtrise était donc de documenter la relation entre l'hypoxie et la protéolyse musculaire dans un modèle de myotubes de rat. Nos résultats indiquent que l'hypoxie augmente la protéolyse des protéines contractiles et que le système ubiquitine-protéasome semble impliqué. De plus, l'hypoxie affecte de façon négative et réversible la voie de synthèse protéique IGF-1/PI3K/Akt. Cette étude laisse donc entrevoir que l'hypoxémie que manifeste bon nombre de patients MPOC a le potentiel de contribuer au processus d'atrophie musculaire.

À ce jour, les détails des événements physiologiques survenant à la suite de blessures de la moelle épinière sont encore très peu connus. Comment se fait-il, par exemple, qu'après une lésion complète de la moelle épinière, des animaux puissent encore produire certains mouvements locomoteurs? Cette question a été jusqu'à maintenant partiellement répondue, car plusieurs recherches ont démontré l'existence d'un réseau de neurones au sein de la moelle épinière lombaire, présentant le potentiel d'induire des mouvements locomoteurs. Ce réseau générerait des signaux de contrôle vers les muscles impliqués de la locomotion, et ce, de façon rythmique et coordonnée. Toutefois, il demeure encore difficile de déterminer clairement ce qui permet à ce réseau de s'activer en l'absence de signaux du cerveau. Les approches pharmacologiques ont jusqu'à maintenant identifié plusieurs neurotransmetteurs pouvant activer ce réseau, mais le rôle des sous types de récepteurs spécifiques n'a été que très peu abordé. Notamment, le rôle joué par les 14 sous types de récepteurs sérotoninergiques dans la locomotion demeure encore très imprécis. Toutefois, certains agonistes tels que la quipazine (5-HT2A/2C) OU le 8-OH-DPAT (5-HT1A/7), ont démontré un certain potentiel pro-locomoteur, ce qui permet d'envisager l'élaboration éventuelle d'un traitement pharmacologique destiné à ré-activer les réseaux locomoteurs lombaires chez les blessés à la moelle épinière aussi appelés blessés médullaires. Afin de permettre des recherches plus poussées, l'approche pharmacologique peut être combinée à d'autres techniques, comme celle des manipulations génétiques. Or, pour pouvoir effectuer des recherches avec des animaux dépiétés de certains gènes, il faut tout d'abord considérer utiliser une espèce qui permet de telles manipulations. La souris a donc été choisie comme modèle de recherche car plusieurs modèles de souris transgéniques sont déjà disponibles. Les deux premiers articles de cette thèse se sont concentrés sur le développement et la caractérisation du modèle animal de la souris paraplégique ou spinale. À cet effet, nous avons rapporté différentes caractéristiques du modèle, tant au niveau des changements du poids corporel que de la force musculaire pendant la période post-traumatique. Nous présentons également différentes caractéristiques de l'activité neuronale spinale sous-lésionelle émergeant plusieurs semaines après une transsection complète. Quant aux troisième et quatrième articles, ils portent directement sur l'implication des récepteurs sérotoninergiques dans la genèse spinale de mouvements locomoteurs. Après avoir réalisé l'ensemble de ces travaux, les résultats que j'ai obtenu nous ont amené à penser et conclure que les récepteurs 5-HTIA, 5-HT2A et 5-HT7 jouent un rôle particulièrement important dans le déclenchement de mouvements locomoteurs spinaux chez des souris ayant subi une transsection complète de la moelle épinière.

Les tendinopathies sont fréquentes et entraînent une diminution de la qualité de la vie à long terme. Les connaissances des événements physiopathologiques suivant un traumatisme tendineux sont toutefois parcimonieuses. Conséquemment, peu ou pas de stratégies thérapeutiques permettent d’en accélérer le processus de réparation. Le but de cette thèse était donc d’explorer les mécanismes cellulaires et le rôle de différents régulateurs potentiels de la réaction inflammatoire dans la réparation des tendons. Dans un premier temps, nous avons mis au point un modèle de blessure tendineuse aiguë consistant en l’injection de collagénase dans le tendon d’Achille de rats. Nous avons observé, par marquages immunohistochimiques, que les neutrophiles étaient les premières cellules à infiltrer le site de la lésion, suivis des macrophages. Nous avons également remarqué, dans un second projet que l’injection de collagénase, une métalloprotéinase, dans le tendon, induisait une altération des propriétés mécaniques des tendons de rats, et que l’administration d’un anti-inflammatoire non stéroïdien n’affectait pas significativement cette perte fonctionnelle, probablement en raison d’un effet anti-inflammatoire localisé en périphérie des faisceaux tendineux. En utilisant le même modèle expérimental, nous avons ensuite étudié le rôle d’un médiateur central de la physiopathologie tendineuse : p53. L’inhibition pharmacologique de la transactivation des gènes cibles de p53, par une molécule appelée pifithrin-α, a diminué l’accumulation des cellules inflammatoires dans le tendon blessé. Cet effet anti-inflammatoire n’était pas associé à une diminution de la perte fonctionnelle en phase aiguë, mais retardait la guérison de la blessure tendineuse. Puisque les stratégies anti-inflammatoires ne diminuent pas le déficit fonctionnel en phase inflammatoire, nous avons finalement testé le dogme voulant que les cellules inflammatoires pouvaient causer des dommages non spécifiques à la matrice des tendons. L’injection intra tendineuse de carraghénine a induit une accumulation massive de cellules inflammatoires. Cependant, cette réaction n’était pas associée à une altération des propriétés biomécaniques ni à une diminution du contenu en collagène des tendons. En conclusion, nos résultats ont permis d’accroître les connaissances de la séquence physiopathologique suivant un traumatisme tendineux et jettent un doute sur les effets délétères de l’inflammation suivant un traumatisme aigu. / Tendinopathies show a high prevalence and can alter the quality of life for many years. Nevertheless, the pathophysiology of tendinopathies is not well characterized and it may explain the lack of effective treatments to accelerate tendon healing. This thesis was therefore dedicated to the study the role of potential regulators of the pathophysiological sequence following tendon trauma. In a first project we set up an experimental model of acute tendon injury where collagenase was injected into the Achilles tendon of rats. This procedure induces a classical sequence of accumulation of leukocytes where neutrophils accumulate massively 24 hours following the injection of collagenase, followed by macrophages on day 3. We also showed, in a second project, that injection of collagenase reduces the load to failure by more than 50% 3 days post trauma. Moreover, administration of diclofenac, a non-steroidal anti-inflammatory drug, did not rescue tendons from that loss of mechanical strength, presumably because the anti-inflammatory effect was located in the paratenon and not in the core of the tendon where the load-resisting collagen bundles are located. In a third project we studied the role of p53, a putative regulator of the inflammatory process and extracellular matrix homeostasis, on the pathophysiological sequence following an acute tendon trauma. Transactivation inhibition of p53 reduced the accumulation of neutrophils and macrophages in the entire tendon. This anti-inflammatory effect was not associated to a rescue of the mechanical properties and even delayed the onset of healing. In view of the evidence that anti-inflammatory strategies failed to rescue tendons from functional loss, we challenged the dogma that the inflammatory process could induce non-specific damages to the tendon extracellular matrix. Intra-tendinous injection of carrageenan induced a massive accumulation of inflammatory cells. However this was neither associated to a reduction of tendons’ collagen content nor to a reduction of the load to failure. In conclusion, we identified new mediators and mechanisms of the pathophysiology of tendons. Our results challenge the concept that inflammatory cells strictly play deleterious effects following tendon trauma.

L’obésité est un problème de santé majeur qui se traduit par un débalancement du métabolisme énergétique. Il est maintenant connu que le tissu adipeux, en tant qu’organe endocrinien, joue un rôle important dans le métabolisme énergétique. La protéine stimulant l’acylation (ASP, C3adesArg) est une protéine produite par le tissu adipeux qui stimule la synthèse des triglycérides (TG) et le transport du glucose en se liant à son récepteur C5L2. Les souris avec le gène invalidé C3 (C3KO) sont ASP-déficientes, hyperphagiques et de poids normal, démontrant une dépense énergétique plus élevée que les souris sauvages. En chambre calorimétrique, ceci ce traduit par une augmentation de la consommation d’oxygène ainsi qu’une diminution du quotient respiratoire, suggérant une préférence pour les lipides comme substrat énergétique. Il est maintenant notre objectif de déterminer si la régulation par l’ASP de la dépense énergétique pourrait nous amener vers un traitement de l’obésité. / Obesity is a well established problem in North America and studying the mechanisms of fat storage may be key in understanding and treating this problem. Acylation Stimulating Protein (ASP) is an adipose tissue derived hormone that acts through its receptor, C5L2, to stimulate triglyceride (TG) synthesis and glucose transport. C3 is the precursor for ASP; therefore, C3 knockout (KO) mice are ASP-deficient. These mice display hyperphagia yet normal body weight due to increased energy expenditure. Calorimetric chamber studies demonstrated that C3KO have increased oxygen consumption and lowered respiratory quotient, indicating that deficiency of ASP alters substrate preference for energy metabolism in C3KO mice. It still remains to be determined whether the alterations in skeletal muscle energy metabolism are a direct or indirect consequence of ASP deficiency, but in vivo data suggest targeting ASP may provide insights toward treatment of obesity.

Le syndrome de détresse respiratoire (SDR) est plus fréquent chez les nouveau-nés de sexe masculin que féminin, alors que les androgènes et les glucocorticoïdes sont reconnus pour ralentir et accélérer, respectivement, la maturation pulmonaire. Premièrement, nous avons étudié les différences sexuelles dans le transcriptome pulmonaire fœtal chez la souris par une approche de micropuces d’ADN durant une fenêtre de gestation qui précède et inclut la montée de production du surfactant, qui est asynchrone entre femelles et mâles en défaveur de ces derniers. Quatre-vingt-huit transcrits présentant une différence sexuelle dans leur niveau d’expression aux jours gestationnels (JG) 15.5, 16.5 ou 17.5 ont été identifiés. Ils sont impliqués notamment dans la régulation et le métabolisme hormonal, l’apoptose, la régulation transcriptionnelle et le métabolisme des lipides et sont des candidats pour un rôle dans la maturation pulmonaire et la physiopathologie du SDR. Deuxièmement, l’expression des 17β-hydroxystéroïdes déshydrogénases (17βHSD) de types 2 et 5, qui sont respectivement impliquées dans l’inactivation et la synthèse des androgènes, et du récepteur des androgènes (AR) a été caractérisée dans des poumons fœtaux humains. Des relations entre les niveaux d’expression et l’âge gestationnel ont été observées. La 17βHSD2 et le AR ont été co-localisés notamment dans l’épithélium, alors que la 17βHSD5 a été localisée dans certaines cellules épithéliales. Le niveau protéique de AR a montré d’importantes différences interindividuelles. Ces résultats supportent l’existence d’un métabolisme local des androgènes et une régulation fine de l’occupation de AR dans les poumons fœtaux mâles et femelles durant la période où une naissance prématurée présente de hauts risques. Troisièmement, l’expression de gènes associés à l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA) a été quantifiée et localisée dans des poumons fœtaux murins aux JG 15.5, 16.5 et 17.5. La capacité de la corticolibérine (CRH) et de la corticotropine à stimuler l’expression d’enzymes de synthèse de glucocorticoïdes par le poumon fœtal a aussi été abordée, ainsi que la production de glucocorticoïdes. Différents profils d’expression ont été déterminés, l’incubation d’explants pulmonaires fœtaux en présence de CRH augmenta l’expression de la 21-hydroxylase, alors qu’une production de désoxycorticostérone a été détectée. Les modulations temporelles et spatiales observées suggèrent des rôles dans le développement pulmonaire pour des gènes associés à l’axe HPA. / Respiratory distress syndrome (RDS) is more frequent in male neonates than female neonates. Androgens and glucocorticoids are known to delay and accelerate, respectively, the fetal lung maturation. Firstly, we studied the sex differences in the mouse fetal lung transcriptome during a gestational period that overlaps the surge of surfactant synthesis, which occurs earlier in females than in males. Using DNA microarrays, 88 transcripts showing a sex difference in expression at gestational days (GD) 15.5, 16.5, or 17.5 were identified. Those genes were associated to several functional categories, including hormone metabolism and regulation, apoptosis, transcriptional regulation, and lipid metabolism, and are candidates for roles in lung maturation and in the physiopathology of RDS. Secondly, the expression of 17β-hydroxysteroid dehydrogenases (17βHSD) type 2 and 5, which are respectively involved in androgen inactivation and synthesis, and of the androgen receptor (AR), was characterized in human fetal lungs. Statistically significant relationships between expression levels and gestational age were observed. In particular, 17βHSD2 and AR were co-localized in epithelial cells, while 17βHSD5 was localized in a subset of epithelial cells mostly in conducting zones. AR protein levels showed an important interindividual variability. The obtained results support the presence of a local androgen metabolism and a fine-tuning of AR occupancy in human male and female fetal lungs during a gestational period associated with high-risk premature birth. Thirdly, the expression of hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis-related genes was quantified and localized in murine fetal lungs at GD 15.5, 16.5, and 17.5. Also, the capability of corticotropin-releasing hormone (CRH) and adrenocorticotropic hormone (ACTH) to stimulate the pulmonary expression of enzymes involved in the “adrenal” pathway of glucocorticoid synthesis was addressed, as well as the glucocorticoid production. Several distinct gene expression profiles were established, the incubation of fetal lung explants with CRH led to increased levels of 21-hydroxylase gene expression, whereas deoxycorticosterone accumulation was detected. The observed temporal and spatial modulations suggest roles for HPA axis-related genes in the developing lung.

Le traitement des nouveau-nés prématurés représente un défi de taille en médecine pédiatrique. Plusieurs évidences indiquent que ces enfants ne pourront compléter leur développement alvéolaire. L'importance des facteurs mécaniques en tant que régulateurs de l'alvéolisation est de plus en plus évidente. L'oligoamnios réduit la distension à l'intérieur du poumon, résultant en une hypoplasie pulmonaire alors que l'augmentation de la distension induite par l'occlusion trachéale (OT) foetale stimule le développement pulmonaire de façon significative. L'OT est une technique intéressante pour l'étude du développement pulmonaire, mais son caractère invasif rend souhaitable son remplacement par une approche pharmacologique. Le postulat à la base de nos travaux est qu'une accentuation des forces d'étirements du tissu pulmonaire en fin de gestation accélère le développement pulmonaire selon un patron mimant celui du développement pulmonaire normal et que l'élucidation des mécanismes biomoléculaires impliqués rendra possible la modulation du développement pulmonaire. J'ai participé à l'identification de processus biomoléculaires impliqués dans le développement pulmonaire accéléré par TOT. Je devais ensuite cibler un sentier de signalisation ayant un apport potentiel à la réponse aux changements de tensions intra-luminales et évaluer son rôle fonctionnel en inhibant ou en stimulant son activité in vivo. Nous avons travaillé avec le modèle de souris foetales. L'oligoamnios a été provoqué par ponction utérine à 14,5 jours de gestation et les poumons des foetus ont été récoltés 72 heures plus tard. L'OT a été effectuée chez la souris à 16,5 jours de gestation et les poumons des foetus ont été récoltés 3 ou 24 heures plus tard. Dans un sous-groupe, du fasudil, un inhibiteur des Rho kinases (ROCKs), a été injecté de façon intra-péritonéale à des femelles à 16 jours de gestation. Le facteur nécrosant cytotoxique 1 (CNF1 : cytotoxic m necrotizing factor 1) a été utilisé afin de stimuler le membre A de la famille de gène homologue de Ras (RhoA : Ras homolog gene family, member A), un important régulateur positif de l'activité des ROCKs. Le plasmide contenant CNF1 et la glutathione S-transférase a été inséré et amplifié dans E. coli BL21. Suite à son induction par l'IPTG (isopropyl (3-D-l-thiogalactopyranoside), la protéine de fusion a pu être isolée sur une colonne glutathione sépharose puis injectée dans le liquide amniotique à 16,5 jours de gestation. Les poumons ont été récoltés 24 heures après l'injection. L'expression des ROCKs (ROCK1, ROCK2) et a-actine (a-smooth muscle actin ; a-SMA) a été évaluée par immunobuvardage et le développement pulmonaire a été évalué par la mesure du nombre de générations de saccules alvéolaires. Nous avons démontré au cours des dernières années que l'un des effets les plus importants de l'OT est de favoriser l'expression des gènes du cytosquelette. Nous avons confirmé que l'expression de l'a-actine est accrue très rapidement suite à TOT. De plus, nous avons démontré que l'expression de ROCK2, un important régulateur du cytosquelette d'actine, varie en fonction du niveau de distension intra-luminale pulmonaire. En effet, son expression est diminuée dans le modèle d'oligoamnios alors qu'elle est rapidement augmentée suite à l'OT. L'inhibition de l'activité de ROCK par le fasudil inhibe l'effet bénéfique de l'OT sur le développement pulmonaire. Enfin, la stimulation de RhoA par CNF1 favorise la génération de voies aériennes distales d'une façon similaire à l'OT. En conclusion, la modulation du développement pulmonaire par l'inhibiteur de ROCK2 et de l'activateur de RhoA indique que le sentier RhoA/ROCK joue un rôle critique en tant que mécanosenseur dans le développement pulmonaire foetal.

Ce programme de recherche vise à améliorer la compréhension de l'expression génique de la glande mammaire sous l'effet de la dihydrotestostérone ou de l'oestradiol, dont elle dépend pour exercer ses rôles physiologiques. Cependant, une dysrégulation hormonale peut favoriser la formation de tumeurs cancéreuses dans les glandes mammaires. Par l'usage de la méthode d'analyse sérielle d'expression génique, l'identification des transcrits régulés par ces hormones démontrent la contribution de gènes spécifiques aussi bien d'un point de vue physiologique au niveau de la différenciation cellulaire, la régulation du cycle cellulaire, l'homéostasie, l'immunité, le cytosquelette et d'autres, que pathologique, en ce sens qu'ils peuvent susciter des suggestions selon le cas de la pathogénicité qui pourrait découler suite à un dérèglement hormonal. Compte tenu des résultats obtenus, des cibles thérapeutiques intéressantes sont envisageables.

Suite à un traumatisme cérébral, l'activation des astrocytes est impliquée dans la réponse cellulaire inflammatoire. Le passage de la forme quiescente à la forme activée des astrocytes est associé à l'augmentation marquée du filament intermédiaire de type GFAP (glial fibrillary acidic protein). Des études utilisent la protéine GFAP comme marqueur indirect des dommages neuronaux sans toutefois connaître l'implication réelle des astrocytes dans le processus inflammatoire suite à une ischémie cérébrale. C'est pourquoi ce projet a pour but de clarifier la dynamique et le rôle de l'activation des astrocytes suite à une ischémie cérébrale. Pour ce faire, nous avons mis au point un modèle murin pour étudier de façon longitudinale la réponse inflammatoire in-vivo. / Cerebral ischemia is associated with strong inflammatory and glial responses that may contribute to neuronal damage and/or provide trophic support to injured neurons. Reactive astrogliosis is one of the key components of the cellular responses to CNS injuries and the passage from the quiescent to reactive astrocytes is associated with an upregulation of the intermediate filament, glial fibrillary acidic protein (GFAP). Although upregulation of the GFAP has been widely used as an alternative marker of neuronal damage, the functional significance and the dynamics of the astrocytic response surrounding focal cerebral infarcts is still unclear. Therefore, to further clarify the role of astrocytes in cerebral ischemia we developed a model system for in vivo, non-invasive analysis of astrocytes activation in the brain.

Le monoxyde d'azote (NO) est une molécule produite par notre organisme lors de la pneumonie à Streptococcus pneumoniae. Le NO participe la pathogenèse de la pneumonie en étant bénéfique ou délétère pour l'hôte, dépendamment de la prévalence de ses effets vasodilatateurs, bactéricides ou cytotoxiques. Le but de ce projet était de vérifier l'effet du NO exogène, via l'administration de donneurs de NO, sur le taux de survie de souris infectées à S. pneumoniae et d'éclaircir les mécanismes associés à cette éventuelle protection. Le donneur de NO nitroprusside de sodium (SNP), bactéricide in vitro, a amélioré la survie de souris infectées tout en améliorant l'élimination sanguine des bactéries et l'oxygénation, et en réduisant significativement l'inflammation et l'œdème pulmonaire. Les autres donneurs de NO testés n'ont démontré aucun effet favorable sur la survie ni sur les différents paramètres inflammatoires mesurés, suggérant que le NO n'est possiblement pas responsable des effets bactéricides du SNP. / Nitric oxide (NO) is a molecule synthesized by our organism during pneumococcal pneumonia. NO plays a role in the outcome of pneumonia in beneficial or detrimental ways, based on the prevalence of its vasodilator, bactericidal or cytotoxic effects. The goal of our study was to assess the influence of exogenous administration of NO (through pharmacological NO donors) on the survival rate of mice infected with Streptococcus pneumoniae, and to identify the mechanisms responsible for the potential protection. We found that the NO donor sodium nitroprusside (SNP) was bactericidal in vitro, and enhanced survival rate of infected mice by facilitating bacterial clearance from blood and by improving blood oxygenation, as well as by reducing pulmonary inflammation and edema. Other tested NO donors didn't protect mice from the deleterious effects of the disease, suggesting that the NO moiety from SNP is likely not responsible for the pneumococcal killing observed with this compound.