Les prostaglandines sont des médiateurs lipidiques impliqués dans de nombreux processus physiologiques et pathologiques. De récentes évidences dans la littérature ainsi que de notre laboratoire ont fait ressortir le fait que la PGD2 pourrait être impliquée dans le contrôle du métabolisme osseux. Mes travaux de doctorat ont été effectués selon cette hypothèse et ont déterminé l’effet de la PGD2 sur la différenciation des cellules souches mésenchymateuses et des précurseurs ostéoclastiques, en plus d’étudier le rôle de cette prostaglandine dans la réparation des fractures chez l’homme. De plus, j’ai étudié l’internalisation et la désensibilisation des récepteurs de la PGD2, DP et CRTH2. D’un point de vue moléculaire, mes résultats démontrent un patron d’internalisation et désensibilisation différent pour les 2 récepteurs de la PGD2. Bien que la cinétique d’internalisation de ces récepteurs soit la même, l’internalisation de DP est régulée par les arrestines 2 et 3, la GRK2 et la PKC, alors que l’arrestine 3, les GRK2, 5 et 6, PKC et PKA régulent celle de CRTH2. L’internalisation de DP et CRTH2 est réduite par la co-expression de Rab4 et Rab11 respectivement, ce qui suggère des systèmes de recyclage différents. En analysant la signalisation de ces récepteurs, nous avons découvert que la GRK2 régule la signalisation de DP, alors que les 3 GRKs étudiées, soient les GRK2, 5 et 6 régulent la signalisation de CRTH2. Nous avons également démontré que les récepteurs de la PGD2 ont des effets différents sur la différenciation des CSMs humaines. En effet, la différenciation adipocytaire est augmentée de façon significative par la PGD2 et cet effet est dû à l’activation du récepteur PPAR-γ par un métabolite de la PGD2. L’activation du récepteur DP diminue l’adipogenèse alors que CRTH2 n’y joue pas de rôle significatif. Cependant, CRTH2 augmente significativement la différenciation des CSM en ostéoblastes, alors que l’activation de DP l’inhibe. Mes travaux ont montré que la PGD2 module l’ostéoclastogenèse et la résorption osseuse en abaissant l’expression de gènes impliqués dans celles-ci. En effet, les gènes NFATC1, RANK et CathK sont fortement régulés à la baisse par l’activation des récepteurs de la PGD2. Pour terminer, nous avons identifié l’axe de la PGD2 comme étant important lors du remodelage osseux chez l’homme. En comparant une cohorte de patients ayant une fracture osseuse à des contrôles, nous avons découvert que la production de PGD2 et l’expression d’une de ses synthétases sont significativement plus élevées que chez les contrôles. Parallèlement, la production de PGE2 ne diffère pas entre les groupes indiquant que l’augmentation de PGD2 n’est pas due à l’inflammation non spécifique causée par la fracture. De plus, l’augmentation de synthèse de PGD2 corrèle avec l’augmentation de la BAP, un marqueur clinique de formation osseuse. J’ai donc démontré que la PGD2, par l’entremise de l’activation de CRTH2, est un médiateur lipidique important pour la physiologie osseuse et que son activation pourrait favoriser l’anabolisme osseux.

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

La polyarthrite rhumatoïde est une maladie auto-immune caractérisée par une inflammation chronique qui entraîne la destruction progressive des articulations et des os. Les dommages articulaires observés dans cette pathologie sont causés principalement par les ostéoclastes, des cellules spécialisées dans la résorption de la matrice osseuse. Ce processus de résorption dépend de la capacité à générer des ostéoclastes, de leur activité individuelle et de leur survie. De plus, certaines cytokines inflammatoires peuvent avoir un effet sur la différenciation et l'activité des ostéoclastes. Parmi celles-ci, on retrouve notamment le TNF-?, un médiateur pathologique majeur dans la polyarthrite rhumatoïde. En effet, celui-ci peut agir de façon directe sur la résorption osseuse en stimulant l'ostéoclastogénèse, ou de façon indirecte en augmentant l'expression du RANKL par les ostéoblastes. Subséquemment à ces découvertes, plusieurs agents anti-TNF-? ont été développés pour traiter la polyarthrite rhumatoïde. Ces agents s'avèrent être très efficaces pour réduire les dommages articulaires chez les patients atteints de la maladie. Cependant, leurs mécanismes exacts ainsi que leurs effets sur la biologie des ostéoclastes humains sont encore mal définis. Ainsi, l'objectif principal de cette étude est d'étudier l'effet d'une thérapie anti-TNF-? sur le nombre de précurseurs ostéoclastiques dans le sang périphérique de patients atteints de la polyarthrite rhumatoïde, sur le nombre d'ostéoclastes générés in vitro ainsi que leur activité avant et pendant le traitement avec l'adalimumab, un agent anti-TNF-?. Pour ce faire, 25 patients atteints de cette maladie et ayant reçu une prescription d'adalimumab ont été recrutés pour participer à trois visites consécutives, soit les visites d'inclusion (avant traitement) ainsi que les visites 3 mois et 6 mois après le début du traitement. Pour chaque visite, le nombre de précurseurs ostéoclastiques, le nombre d'ostéoclastes et la résorption osseuse générés in vitro ont été évalués. Les mêmes paramètres ont également été vérifiés pour les cellules incubées en présence d'adalimumab exogène. L'activité de la maladie et le statut fonctionnel du patient, mesurés respectivement avec le Disease Activity Score 28 et le Health Assessment Questionnaire ont été évalués à chaque visite de la présente étude. La collecte de ces données a permis de conclure que le traitement avec l'adalimumab pendant 6 mois n'a pas d'impact statistiquement significatif sur le nombre de précurseurs ostéoclastiques, l'ostéoclastogénèse et la résorption osseuse in vitro , même si nous pouvons observer une tendance vers une diminution pour les deux derniers paramètres. En ce qui concerne les résultats cliniques, l'adalimumab a un effet statistiquement significatif sur le score DAS28 et le questionnaire HAQ, tous deux ayant diminué 6 mois après l'initiation du traitement.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les ostéoclastes (OCs) sont responsables de la résorption de l’os normal. La différenciation, la maturation et la survie de ces cellules sont principalement stimulées par RANKL. Ces phénomènes se produisent dans les suites de l’interaction de RANKL avec son récepteur RANK situé à la surface de l’OC, via la transduction de signaux intracellulaires conduisant à l’activation de différentes cascades de signalisation. Les principaux facteurs de transcription induits par cette signalisation sont NF-?B et NFATc1, qui modulent l’expression de gènes d’importance majeure pour le bon fonctionnement des OCs. Dans la maladie de Paget, caractérisée par une augmentation multifocale du remodelage osseux avec hyperrésorption osseuse, les OCs ont une morphologie anormale, ils sont résistants à l’apoptose et leur activité est augmentée. Des mutations du gène codant pour la protéine p62 (séquestosome 1 ) ont été décrites dans cette maladie, identifiant p62 comme un facteur important de la signalisation de l’OC. Des travaux de notre laboratoire ont montré une augmentation de l’activation de NF-?B induite par RANKL dans les OCs pagétiques, avec même une activité constitutive de NF-?B en présence de la mutation p62 p.P392L. Notre étude a évalué l’expression et l’activation de NFATc1, et le rôle de PKC[C zêta] dans la signalisation NFATc1, cette kinase appartenant au complexe de signalisation TRAF6/p62 induit par RANKL. En culture primaire, des monocytes de sang périphérique de patients pagétiques et de contrôles (tous génotypés pour la mutation p62) ont été différenciés en OCs matures en présence de RANKL et M-CSF. Nous avons évalué l’effet de RANKL sur l’activation de NFATc1 (translocation nucléaire évaluée par immunofluorescence), en présence ou non d'un inhibiteur de PKC[C zêta], ainsi que l’expression protéique (immunobuvardage) et ARNm (RTPCR quantitative). Nous avons observé que RANKL stimulait l’activation de NFATcl dans les OCs pagétiques, porteurs ou non de la mutation p62 p.P392L, et que PKC[C zêta] intervenait dans cette signalisation. Dans un modèle de différenciation OC à partir de monocytes foetaux, nous avons par ailleurs mis au point l’étude de l’activation de NFATc1 par essai luciférase, et les conditions optimales pour évaluer son expression protéique et génique. Nos résultats démontrent pour la première fois dans des OCs humains que RANKL stimule l’activation et l’expression de NFATc1, et que l’activation de NFATc1 est augmentée dans les OCs pagétiques. De manière tout à fait originale, nous montrons également que la PKC[C zêta] contribue à l’activation de NFATc1. [symboles non conformes]

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La Cathepsine K est parmi la plus efficace des collagénases de mammifère pour cliver la triple hélice de collagène de type-1. Nous avons développé une série d'azanitriles, (CKI-8 and CKI-13) inhibiteurs de cathepsine K. CKI-8 (un isomère de CKI-13) et CKI-13 ne sont pas toxiques sur les osteoblastes Saos-2 et les cellules RAW 264.7 jusqu' à une concentration de 1000 nM, tandis qu'ils ne le sont pas jusqu'à une concentration de 100 nM sur les osteoclastes. CKI-8 n'affecte pas l'activité de la phosphatase alkaline ainsi que la minéralisation induite par les Saos-2 et par les osteoblastes primaires. CKI-13 diminue de 35 % la minéralisation induite par les Saos-2 tandis qu'il n'affecte pas la minéralisation induite par les osteoblastes primaires. L'addition de CKI-13 diminue l'activité de la phosphatase alkaline d'environ 20% (Saos-2) et de 40 % (osteoblastes primaires). La résorption osseuse sur des tranches d'os d'origine bovine est diminuée avec 10 nM de CKI-13, 100 nM de CKI- 8 et 100 nM d'inhibiteur commercial E64. CKI-8 et CKI-13 diminuent la mobilité des osteoclastes. Nous avons développé un dosage d'hydrolyse de PPi par la phosphatase alkaline au moyen de l'IR, ayant l'avantage de fonctionner sur des vésicules matricielles et des cellules avec des substrats naturels à un pH physiologique. La bande de PPi localisée à 1107 cm-1 (∑= 2158 ± 211 M-1.cm-1) et celles de Pi localisées à 1076 cm-1 (∑= 1346 ± 116 M-1.cm- 1) et à 991 cm-1 (∑= 493 ± 49 M-1.cm-1) ont servis à mesurer les concentrations du substrat et du produit / Cathepsin K is among the most potent mammalian collagenase, capable of cleaving the triple helix in type-I collagen. We developed a series of azanitriles (CKI-8 and CKI-13) which are inhibitors of cathepsin K. CKI-8 (an isomer of CKI-13) and CKI-13 did not induce significant toxicity on osteoblasts Saos-2 and RAW 264.7 cells up to 1000 nM, while they were not toxic on mature osteoclasts up to 100 nM. Commercial E64 inhibitor was not toxic in primary osteoclast cells up to 1000 nM. CKI-8 did not affect alkaline phosphatase activity as well the mineralization induced by Saos-2 cells and by primary osteoblasts. CKI-13 decreased by 35% the mineralization induced by Saos-2 cells while it did not on mineralization induced by primary osteoblasts. Addition of CKI-13 decreased alkaline phosphatase activity by around 20% (Saos-2 cells) and 45% (primary osteoblasts). Bone resorption on bovine slices decreased significantly with 10 nM of CKI-13, with 100 nM of CKI-8 and commercial inhibitor E64. Our findings indicated that CKI-8 and CKI-13 inhibited bone resorption and affected the mobility of osteoclast. To monitor directly the PPi hydrolytic activity by alkaline phosphatase, we developed an infrared (IR) assay taking the advantage to use natural substrate under physiological pH in matrix vesicles and in living cells. PPi band located at 1107 cm-1 (∑= 2158 ± 211 M-1.cm-1) and Pi bands located at 1076 cm-1 (∑= 1346 ± 116 M-1.cm-1) and at 991 cm-1 (∑= 493 ± 49 M-1.cm-1) served to measure the substrate and the product concentrations

Le remodelage osseux est un processus physiologique de renouvellement de l’os ancien par de l’os nouveau. Les ostéoclastes sont des cellules multinucléées géantes dont la fonction principale est de dégrader la matrice osseuse, première étape de ce remodelage. Le travail réalisé s’inscrit dans une thématique d’expertise de notre laboratoire, celle de l’organisation du cytosquelette d’actine dans les ostéoclastes résorbants. Nous avons pu élucider le rôle de la formation des podosomes et de leur organisation collective sur l’adhérence et la migration ostéoclastique. Nos résultats ont démontré que l’assemblage de podosomes sous forme de structures circulaires dites « anneaux » exerce une force centripète sur le substrat et ainsi déclenche la migration de l’ostéoclaste. L’alternance entre apparition et disparition de ces anneaux au sein de la cellule résulte en une migration saltatoire universelle pour tous les ostéoclastes.L’objectif principal de cette thèse était de trouver de nouveaux gènes impliqués dans l’organisation des podosomes. Nous avons mis en place une analyse transcriptomique comparant les ostéoclastes avec d’autres cellules multinucléées géantes qui présentent des podosomes mais sont incapables de résorber l’os. Parmi la liste de six gènes établie par cette méthode, nous avons étudié RhoE. En exploitant la culture d’ostéoclastes primaires déplétés de RhoE, nous avons démontré que ce gène est essentiel pour la migration ostéoclastique et la résorption osseuse. Nous avons ensuite établi que RhoE agit comme antagoniste de la voie de Rock pour assurer le renouvellement d’actine au sein des podosomes, ce qui entretien la fonction ostéoclastique. / Bone remodeling is a physiological process by which old bone is replaced by new bone. Osteoclasts are multinucleated giant cells of the monocytic lineage. Their function is bone resorption, the first step of bone remodeling. The work of this thesis is in continuity with a theme long developed in our laboratory, that of the actin cytoskeleton organization in bone-resorbing osteoclasts. Our first study investigated the role of the podosome organization in osteoclast spreading, adhesion and migration. Our results showed that podosome patterning into rings exerted outward tension upon the substrate and thereby triggered cell migration. Through cycles of assembly, growth and alternating disassembly, rings promote a saltatory mode of migration universal to all osteoclasts.The main objective of this thesis, however, was dedicated to finding new genes that govern podosome patterning in resorption-related processes such as osteoclast migration and sealing zone formation. To find such new genes, we employed a differential transcriptomic analysis of osteoclasts and osteoclast-like cells that exhibit podosomes but are unable to resorb bone. Among a list of six genes highly and exclusively expressed in osteoclasts, we chose to investigate RhoE, a constitutively active GTP-binding protein known for its regulation of actin structures. We provided evidence, using primary RhoE-deficient osteoclasts, that RhoE activity is essential to bone resorption. We unveiled a new role for RhoE in the control of actin turnover in podosomes through a Rock-antagonistic function. Finally, we demonstrated that the role of RhoE in osteoclasts is essential to their migration and sealing zone formation.