L'adénocarcinome pancréatique (PDAC) est la forme la plus fréquente de néoplasme de cet organe puisqu’il représente environ 90% de toutes les tumeurs pancréatiques et constitue l'une des principales causes de décès par cancer chez l’Homme. Le taux de survie à 5 ans n’est que de 6%. L'une des raisons à cela est que, au début du développement du cancer du pancréas, il n'y a pas de symptômes, et donc la majorité des cas sont diagnostiqués à des stades tardifs métastatiques ou invasifs pour lesquels une intervention chirurgicale n’est plus possible. Il a été montré que les cellules du cancer du pancréas présentent plusieurs mutations génétiques qui conduisent à la prolifération incontrôlée des cellules, ainsi qu’à l'évasion de l'apoptose. Les changements de concentration du Ca2+ cytosolique jouent un rôle central dans de nombreux processus cellulaires fondamentaux, et la perturbation des mécanismes de régulation de l'homéostasie du Ca2+ conduit à une grande variété de pathologies graves, dont le cancer. C’est notamment le cas pour les canaux calciques de type SOC, qui régulent une variété de processus cellulaires dépendants du calcium. Cependant, bien que le rôle du Ca2+ et des canaux calciques soit bien établi dans de nombreuses voies de signalisation de différents types cellulaires, les informations sur le rôle des canaux calciques dans le PDAC sont limitées. Donc, l'identification de la nature moléculaire ainsi que des fonctions des canaux calciques revêt une grande importance dans ces cellules car elle pourrait à termes fournir de nouvelles approches relatives au traitement du cancer du pancréas par le ciblage des processus dépendants du calcium. / Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) representing the most prevalent pancreatic neoplasm accounting for about 90% of all pancreatic tumors, is one of the leading causes of cancer death in men and women. The current five-year relative survival rate is about 6% . One of the reasons of this is that early stage pancreatic cancer usually has no symptoms and thus the majority of cases are diagnosed at the late metastatic or invasive stages which are not suitable for surgery. Pancreatic cancer cells have been shown to exhibit a number of genetic mutations leading to uncontrolled cell proliferation, as well as evasion of programmed cell death (apoptosis). Changes in the cytosolic free Ca2+ concentration, play a central role in many fundamental cellular processes and disturbance of the Ca2+ homeostasis regulatory mechanisms leads to a vast variety of severe pathologies, including cancer. Among these, store-operated calcium channels (SOCs) have been shown to regulate a variety of calcium dependent cellular processes altered in different cancers. However, although the role of Ca2+ and calcium-permeable channels is well established in many signaling pathways in a variety of cell types, the information of the role of calcium-permeable channels in PDAC cells is limited. Therefore, identification of the molecular nature as well as functions of calcium-permeable channels in these cells is of great importance as it can reveal novel approaches for treating pancreatic cancer through targeting calcium-dependent processes.

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

Des études montrent que l’accumulation de lipides dans l’hypothalamus serait responsable de l’installation d’une lipotoxicité centrale : phénomène qui pourrait jouer un rôle dans l’apparition d’une insulino-résistance périphérique et du diabète de type II en dérégulant le contrôle nerveux de l’homéostasie glucidique. Il est connu que l'accumulation des céramides est impliquée dans le développement d’une lipotoxicité des tissus périphériques. L’objectif de cette étude est de déterminer le rôle du métabolisme des céramides au niveau hypothalamique dans l’installation d’une insulino-résistance centrale et d'en étudier les mécanismes impliqués. Nous avons également déterminé le rôle du métabolisme des céramides hypothalamiques dans la dérégulation de l’homéostasie glucidique induite par l’obésité.L’installation d'une insulino-résistance centrale est étudiée à l'aide d'approches in vitro, en utilisant des cellules hypothalamiques de souris GT1-7 traitées avec du palmitate pendant 24h. L'action de l’insuline est mesurée par la quantification d’Akt phosphorylée (western blot). Les céramides sont quantifiées par lipidomique, l'expression d’ARNm des gènes codant pour les enzymes de la voie de synthèse de novo des céramides par qRT-PCR. Des rats Zucker obèses sont perfusés avec la myriocine (inhibiteur de la synthèse de novo des céramides) en ICV pendant 21 jours. Des tests de sensibilité à l'insuline et de tolérance au glucose sont réalisés. A la fin du traitement, ils reçoivent une injection ICV d'insuline, la sensibilité à l’insuline ainsi que les taux de céramides sont quantifiés dans l’hypothalamus. Les îlots de Langerhans sont isolés pour des tests de sécrétion d'insuline.Nous avons mis en évidence une insulino-résistance dans la lignée hypothalamique GT1-7 traitées avec le palmitate qui s’accompagne d’une accumulation de céramides. En présence de myriocine, les céramides ne sont plus accumulés et le l’insulino-résistance induite par le palmitate est contre-carrée. En utilisant un inhibiteur de la PKCζ et un adénovirus codant pour un dominant-négatif de la PKCζ, nous avons montré que le palmitate n'est plus capable d'induire une insulino-résistance et ce malgré la présence d'une accumulation de céramides. Chez le rat Zucker obèse, nous avons mis en évidence une accumulation de céramides hypothalamiques qui est contre-carrée par la myriocine. Ceci est associé avec une amélioration de la sensibilité à l’insuline dans l’hypothalamus. De façon, intéressante, ces animaux améliorent leur tolérance au glucose qui est associée à une augmentation du tonus parasympathique conduisant à une augmentation de la sécrétion d’insuline. Les îlots de Langerhans isolés à partir de ces rats présentent une capacité sécrétoire augmentée lors du traitement avec la myriocine.Au final, notre étude révèle que la lipotoxicité hypothalamique est associée à une accumulation de céramides dans cette structure, responsable de l’installation d’une insulino-résistance. Ces résultats mettent également en évidence le rôle clé du métabolisme des céramides au niveau de l’hypothalamus dans la dérégulation du contrôle nerveux de l’homéostasie glucidique induit par l’obésité / Studies show that hypothalamic lipid accumulation is responsible for the development of central lipotoxicity, a phenomenon that could play a role in the installation of peripheral insulin resistance and type II diabetes by deregulating the nervous control of glucose homeostasis. It is known that the accumulation of ceramides is involved in the development of lipotoxicity of peripheral tissues. The objective of this study is to determine the role of the hypothalamic ceramide metabolism on the installation of a central insulin resistance and to study the mechanisms involved on this phenomenon. We also determined the role of hypothalamic ceramide metabolism in the deregulation of obesity-induced glucose homeostasis.The installation of a central insulin resistance is studied using in vitro approaches using hypothalamic GT1-7 mouse cells treated with palmitate for 24 hours. The action of insulin is measured by the quantification of phosphorylated Akt (western blot). The ceramides are quantified by lipidomic assay, mRNA expression of genes encoding enzymes of de novo synthesis pathway of ceramides by qRT-PCR. Obese Zucker rats were perfused with myriocin (an inhibitor of de novo synthesis of ceramides) in ICV for 21 days. Insulin sensitivity and glucose tolerance tests are performed. At the end of treatment, they receive an ICV injection of insulin, insulin sensitivity and ceramide levels are quantified in the hypothalamus. Islets of Langerhans are isolated for insulin secretion tests.We have demonstrated that palmitate is able to induce insulin resistance in the hypothalamic GT1-7, which is accompanied by an accumulation of ceramides. In the presence of myriocin, ceramides are no longer accumulated and the insulin resistance induced by palmitate is counteract. Using an inhibitor of PKCζ and an adenovirus encoding a dominant-negative of PKCζ, we have shown that palmitate is no longer able to induce insulin resistance despite the presence of an accumulation of ceramides. In the obese Zucker rat, we have demonstrated an accumulation of hypothalamic ceramides which is counteract by myriocin. This is associated with an improvement in insulin sensitivity in the hypothalamus. Interestingly, these animals improve their glucose tolerance which is associated with an increase in parasympathetic tone leading to an increase in insulin secretion. Islets of Langerhans isolated from these rats have increased secretory capacity when treated with myriocin.In conclusion, our study reveals that hypothalamic lipotoxicity is associated with an accumulation of ceramides in this structure, responsible for the installation of insulin resistance. These results also highlight the key role of ceramide metabolism at the hypothalamus level in the deregulation of nervous control of obesity-induced carbohydrate homeostasis

Dans les conditions normales, les organismes maintiennent une masse cellulaire endocrine stable tout au long de leur vie. En cas d’obésité, la masse de cellules b pancréatiques est capable de maintenir des taux de glucose plasmatique en augmentant la sécrétion en insuline. L’incapacité de ces cellules à fournir de l’insuline entraîne alors l’apparition d’une hyperglycémie et d’un diabète de type II. Cliniquement, la majorité des individus obèses ne développent pas de diabète car les îlots pallient à cette résistance à l’insuline. La preuve de l’adaptation de la masse d’îlots humains à l’obésité, in vivo, n’a pas été clairement décrite et, de plus, peu d’informations existent sur les mécanismes et les types cellulaires impliqués. Actuellement, la mise en évidence de l’augmentation de la masse des cellules b chez les humains obèses repose uniquement sur des études histologiques.But : Au cours de cette thèse, nous avons cherché, dans un premier temps (partie 1), à évaluer la morphologie des îlots pancréatiques et la distribution des cellules a et b chez des donneurs en état de mort cérébrale normaux, en surpoids et obèses. Dans un second temps (partie 2), nous avons étudié l’adaptation au cours du temps des îlots humains à un environnement obésogène. Nous avons montré ainsi que les îlots humains non diabétiques s’adaptent in vivo à l’obésité en modifiant la masse de cellules b, leur fonction et leur expression génique. En suite (partie 3), on a identifié le mécanisme de transdifférenciation des cellules alpha et beta en utilisant la méthode de lineage tracing. Finalement (partie 4), on a déterminé la différence sur l’expression de gène des ilots humains greffé chez les souris sous régime control ou régime riche en graisse en utilisant les puces d’ARN (Illumina).Methodes et Resultats: Des coupes de pancréas humains inclues en paraffines ont été analysées. Les donneurs obèses étaient caractérisés par une augmentation de la masse endocrine totale, de la taille des îlots, de la graisse intra-pancréatique et du ratio b:a dans les îlots, mais avec une diminution du ratio a:b dans les îlots. Au cours de l’étude longitudinale, des souris Rag2-/- non diabétiques ont été greffées sous la capsule rénale avec des îlots humains issus de donneurs en état de mort cérébrale (donneurs non diabétiques ou donneurs avec un dysfonctionnement métabolique déclaré). Les animaux ont été nourris pendant 2 semaines avec soit un régime contrôle soit un régime riche en graisse (high fat diet HFD). Un suivi du poids, du taux des triglycérides, de la glycémie et du C-peptide a été mis en place. Après sacrifice des souris, les greffons et les pancréas endogènes ont été analysés pour le volume endocrine, la distribution des cellules b et a et les mécanismes de régénération des cellules pancréatiques. Après 12 semaines sous régime gras, les souris montraient toutes les caractéristiques typiques de l’obésité, à savoir, une augmentation du poids, un doublement de la graisse abdominale, des triglycérides, de la glycémie et une sensibilité à l’insuline réduite. De plus, l’apparition sur ces animaux d’un doublement rapide de la quantité de C-peptide humain dans le sérum murin nous indique la mise en place d’une compensation fonctionnelle. Une analyse histologique des greffons a permis de mettre en évidence une adaptation de la masse endocrine des îlots avec une augmentation des cellules b. D’autres analyses ont identifié la prolifération et la néogénèse comme les mécanismes responsables de ce doublement de la masse endocrine humaine.Discussion: Ce nouveau modèle animal permet d’étudier, in vivo sur une longue période, l’adaptation des îlots humains à un environnement obésogène murin. Il peut être utilisé comme un outil dans le décryptage des voies de signalisation impliquées dans l’expansion des cellules b humaines et permettre également l’identification des facteurs prédisposant ces cellules à subir une décompensation. / Under normal healthy conditions, organisms maintain a dynamic endocrinecell mass throughout life. Pancreatic beta cell mass are able to maintain plasma glucose levels increasing insulin secretion in conditions as obesity.Beta cell inability to compensate in insulin demand provokes hyperglycemia and Type 2 Diabetes. Clinically, most obese individuals do not develop diabetes because islets compensate for insulin resistance. Direct evidence that human islet mass adapts longitudinally to obesity in vivo was lacking and, moreover, little information was available on the mechanismsand cell type(s) involved.Current evidence for increased beta cell mass in obese humans (vs lean) is based entirely on postmortem histology.Aim: In this thesis, firstly (Part 1) we performed a descriptive cross sectional study by evaluating the pancreatic islet morphology and alpha and beta cell distribution from our archived human pancreatic sections of obese and normal subjects. Secondly, (Part 2) we explored the longitudinal adaptation of human islets to an obesogenic environment and showed direct evidence that non-diabetic human islets adapt bothendocrine and beta cell mass, function and gene expression to obesity in vivo. Thirdly (Part 3) we performed lineage tracing to determine which cell type alpha or beta give rise to the increase islet mass in obesity. Finally (Part 4) in this diet induced obesity model we developed, we looked at the differential gene expression with Illumina gene chips in a kinetic study on human islets which were laser capture microdissected at 6, 8 and 10 weeks on control or high fat diet.Methods: Archived human pancreatic sections were immunostained for endocrine, beta, alpha, fat. In the obese/immunodeficient mouse model, non-diabetic Rag2–/– mice were transplanted under kidney capsule with human islets from human brain-deceased donors (non-diabetics donors and donors with overt metabolic dysfunction). Animals were fed for 12 weeks with a control or high-fat diet (HFD), and followed for weight, serum triacylglycerol, fasting blood glucose and human C-peptide. After the mice were killed, human grafts and the endogenous pancreas were analyzed for endocrine volume, distribution of beta and alpha cells, and mechanisms of regeneration.Results: The cross-sectional study, performed on archived human paraffin embedded sections of normal weight, overweight, or obese subjects showed that obese donors were characterized by an increased total endocrine mass, bigger individual islet size, increased intrapancreatic fat, increased β to  cell ratio and decreased :β cell ratio in islets. In the longitudinal study, concomitant with the increased weight gain, doubling of abdominal fat, increased serum triacylglycerol and reduced insulin sensitivity in 12 week HFD animals we reported that human islet grafts showed functional compensation, measured as a more than doubling of fasting human C-peptide in mouse serum, and histological adaptation of islet endocrine mass including increased beta cells. Further analysis of the human grafts revealed proliferation and neogenesis as the responsible mechanisms for the doubling of the human endocrine mass.Discussion: This novel model allows, for the first time, longitudinal studies of human islet adaptation to an obese murine environment and may be instrumental in deciphering pathways involved in human beta cell expansion, as well as in helping to identify factors predisposing human beta cells to undergo decompensation.

Le rôle des acides biliaires a évolué ces dernières années passant de simples molécules solubilisatrices des lipides à des composés à activité métabolique. En plus de leur fonction dans l’absorption des lipides post-repas, ils ont été montrés comme stimulant de nombreuses voies de signalisation modulant l’expression de gènes clefs du métabolisme et de nombreux mécanismes physiologiques via l’activation de récepteurs spécifiques tels que les récepteurs « Farnesoid X receptor » (FXR) et le récepteur membranaire couplé à une protéine G, TGR5. La protéine TGR5 codée par le gène GPBAR1, aussi connue sous le nom de « G-protein-membrane-type receptor for bile acids » (M-BAR) est le premier récepteur couplé à une protéine G spécifique aux acides biliaires ayant été mis en évidence. Cette protéine est exprimée dans de nombreux tissus clefs du métabolisme énergétique tels que les cellules L intestinales, le tissu adipeux, les reins, le muscle squelettique et le pancréas. En réponse à la fixation des acides biliaires au récepteur TGR5, celui-ci va être internalisé et sa sous-unité GαS va être libérée. Ce mécanisme va ensuite activer l’adénylate cyclase et augmenter la production d’AMPc à l’origine de l’activation des voies de signalisations liées à la protéine kinase A (PKA). Une fois activée, la PKA va induire la phosphorylation des protéines « cAMP-response element-binding » (CREB) et permettre la modulation de l’expression de gènes cibles.Ces dernières années de nombreux travaux ont eu pour but d’étudier le rôle du récepteur TGR5 dans le métabolisme. Chez la souris, l’activation du récepteur TGR5 stimule la dépense énergétique dans le tissu adipeux brun et dans le muscle squelettique et prévient le développement de l’obésité et de l’insulino-résistance induites par un régime riche en graisses. Le récepteur TGR5 est également impliqué au niveau des cellules L intestinales sécrétrices du GLP-1. Il y joue un rôle essentiel dans l’homéostasie glucidique via la régulation de l’activité pancréatique, des sécrétions de l’insuline et du glucagon, de l’inhibition de la vidange gastrique ou encore de la modulation des messages de satiété via des voies neuroendocrines. TGR5 présente également des fonctions immunologiques avec une expression connue dans les cellules de l’immunité telles que les monocytes, les macrophages alvéolaires ou encore les cellules de Kupffer. TGR5 a également été mis en évidence comme régulateur des mécanismes d’inflammations via les macrophages avec une diminution de l’expression des cytokines pro-inflammatoires. A l’opposé, l’activation de TGR5 serait impliquée dans de nombreux processus pathologiques tels que, le développement de carcinomes gastro-intestinaux, les pancréatites, la lithiase biliaire, suggérant un rôle potentiel du récepteur TGR5 dans la régulation de voies de signalisation responsables de la prolifération et de la mort cellulaire [...] / Bile acids (BAs) have evolved over the years from being considered as simple lipid solubilizers to metabolically active molecules. In addition to their function in dietary lipid absorption, they have also been shown to activate farnesoid X receptor (FXR) and TGR5 receptors to initiate signaling pathways and regulate metabolic gene transcription. TGR5 (encoded by the GPBAR1 gene), also known as G-protein-membrane-type receptor for bile acids (M-BAR) or G-protein-coupled bile acid receptor 1 (GPBAR1), was the first identified G-protein coupled receptor specific for bile acids. In normal individuals, the highest level of GPBAR1 mRNA expression was reported in the gallbladder, placenta and spleen, followed by moderate expression in other tissues including lungs, liver, stomach, small intestine and adipose tissue, with a relatively low level of expression in kidney, skeletal muscles and pancreas. In response to binding of BAs to the ligand-binding pocket of the TGR5 protein, the TGR5 receptor is internalized and the GαS subunit is released. This mechanism leads to activation of adenylate cyclase and an increase in cAMP production resulting in induction of the protein kinase A (PKA) pathway. Subsequently, PKA phosphorylates the cAMP-response element-binding protein (CREB) and enhances the transcription of its target genes in response to extracellular signals.To date, extensive work has been done to investigate the role of TGR5 in metabolism. In rodents, BA-activated TGR5 receptor stimulates energy expenditure in brown adipose tissue and skeletal muscle and prevents obesity and insulin resistance induced by a high fat diet. TGR5 is also implicated in intestinal L-cells secreted GLP-1, which plays an essential role in glucose homeostasis through the stimulation of glucose-dependent-insulin-secretion and inhibition of glucagon secretion, inhibition of gastric emptying and increasing satiety through neuroendocrine pathways. In terms of the immunological function of TGR5, it is now known that TGR5 is expressed in several immune cells such as monocytes, alveolar macrophages and Kupffer cells. The beneficial effects of TGR5 on macrophage-driven inflammation include reduced proinflammatory cytokine expression, thus protecting against atherosclerosis and liver steatosis. On the contrary, TGR5 activation has also been implicated in itch and analgesia, gastrointestinal-tract cell carcinogenesis, pancreatitis, and cholelithiasis, suggesting a potential role for TGR5 as a regulator of signal transduction pathways responsible for cell proliferation and apoptosis. BAs may also influence islet function via both direct and indirect mechanisms as recent studies have shown that Farnesoid X receptor (FXR) is expressed by pancreatic beta cells, and regulates insulin signaling in cultured cell lines. Kumar et al., [14] also reported that the TGR5 agonists INT-777 + oleanolic acid (OA) stimulated glucose-mediated insulin release via TGR5 activation, also in cultured cells. Still, little is known about the regulation of TGR5 expression or its involvement in pancreatic hormone secretion in response to physiological or pathological conditions such as T2D, as these studies have been performed mainly in cultured cell lines. In these contexts, the biological function of TGR5 remains enigmatic. The aim of the present study was first to establish the specific expression of TGR5 in human pancreatic islet cell subtypes. Then, a cross-sectional cohort of human islets isolated from individuals with various degrees of insulin resistance was exploited to determine if TGR5 expression and function was modified in T2D. Finally to determine if targeting TGR5 is clinically relevant, human islets were treated in-vitro with a specific agonist of TGR5 or with siRNA directed against TGR5 and hormone secretion assessed to establish whether TGR5 activation or inhibition modulate pancreatic hormone secretion.

Le pancréas est constitué de deux tissus : exocrine et endocrine. Le tissu endocrine est organisé en îlots de Langerhans, comprenant 5 sous-types cellulaires dont les deux principaux (α et β) sécrètent respectivement le glucagon et l’insuline. Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune caractérisée par la perte des cellules β et donc une hyperglycémie chronique. Les thérapies actuelles sont efficaces mais contraignantes, amenant une partie de la recherche actuelle à déchiffrer les mécanismes de la genèse des cellules β et/ou de leur régénération pour tenter d’établir des thérapies alternatives. Des études ont permis de caractériser la cascade de facteurs de transcription différentiant les cellules progénitrices pancréatiques durant le développement, dont Neurog3 spécifiant le lignage endocrine et le gène Pax4 favorisant le lignage β. De précédents résultats nous ont amenés à établir l’hypothèse que les cellules canalaires pancréatiques contiendraient une source potentielle de précurseurs, qui par la réexpression de Neurog3 pourraient devenir endocrine, ce que nous avons analysé in vivo après avoir généré les souris transgéniques correspondantes. Nous avons observé un accroissement considérable de la taille des îlots, dû à une augmentation du nombre de chaque sous-type cellulaire endocrine. Nous démontrons que ces cellules endocrines supplémentaires ont bien une origine canalaires, tandis que des études physiologiques indiquent une réponse fonctionnelle de l’insuline suite à une injection de glucose. Finalement, nos analyses apportent également la preuve que le devenir de ces nouvelles cellules endocrines peut être modulé en agissant sur l’activité du gène Pax4. / The pancreas can be divided into two tissue types: exocrine and endocrine. The endocrine tissue is organized into clusters of cells named islets of Langerhans, comprising five cell subtypes of which the two main (α and β) secrete respectively glucagon and insulin. Type 1 diabetes is an auto-immune disease resulting in the loss of pancreatic β-cells and, consequently, in chronic hyperglycemia. Current therapies are efficient but remain highly binding, leading current research to aim at deciphering the β-cell genesis and/or regeneration to potentially establish new therapies. Many studies characterized the specific cascade of transcription factors differentiating pancreatic progenitor cells during development, including Neurog3 specifying the endocrine lineage and Pax4 favoring the β-cell lineage. Previous results obtained in the lab led us to establish the hypothesis that pancreatic ducts may contain a potential source of progenitor cells, which could become endocrine cells through re-expression of Neurog3. Thus, we investigated the consequences of the ectopic misexpression of Neurog3 in pancreatic duct cells in vivo. Using this strategy, we observed a dramatic increase in islet size, due to an augmentation in all endocrine cells types. Lineage tracing allowed us to demonstrate that the new endocrine cells have a ductal origin, while physiological studies displayed functional insulin response upon a glucose bolus. Finally, our analyses also demonstrated that the fate of these newly generated endocrine cells could be modulated by acting on the Pax4 gene.

Le syndrome des Néoplasies Endocriniennes Multiples de type I (NEM1) est une maladie tumorale héréditaire rare caractérisée par l'apparition de tumeurs notamment du pancréas endocrine. Le gène de prédisposition est le suppresseur de tumeur MEN1, généralement retrouvé muté sur un des 2 allèles au niveau germinal chez les patients NEM1. Les tumeurs endocrines pancréatiques sont rares mais souvent métastatiques lors du diagnostic. Ces tumeurs forment un groupe hétérogène de par le type d'hormone qu'elles peuvent sécréter. Le développement et l'évolution de ces tumeurs sont encore très mal compris. L'origine cellulaire des différents types de tumeurs endocrines pancréatiques reste énigmatique, notamment en ce qui concerne les tumeurs exprimant des hormones non pancréatiques tels que les gastrinomes. Mon projet de thèse s'est articulé autour de la caractérisation d'un nouveau modèle murin d'invalidation du gène Men1 spécifiquement dans les cellules progénitrices endocrine pancréatiques Ngn3+ (PEPs), le modèle PancEndoMen1 KO. Ces travaux nous ont permis de démontrer que les gastrinomes pancréatiques liés à l'inactivation du gène Men1, avaient pour origines les cellules pancréatiques endocrines elles-mêmes. De plus, les souris PancEndoMen1 KO, développent des altérations de prolifération différentes suivant les lignages endocrines. De surcroît, l'invalidation du gène Men1 soit dans les cellules progénitrices pancréatiques, soit dans les cellules PEPs conduit au développement de tumeurs caractérisées par une altération de leur différentiation endocrine. Ainsi, mes travaux de thèse ont permis de mieux renseigner l'histogenèse des tumeurs endocrines pancréatiques en adressant le rôle dans la tumorigenèse de l'invalidation de Men1 dans les cellules PEPs au cours du développement / Multiple Endocrine Neoplasia Type I syndrome (MEN1) is a rare hereditary tumoral disease characterized by the apparition of tumors in multiple endocrine organs including the endocrine pancreas. MEN1 patients generally carry a germinal mutation on one allele of the predisposing gene to the disease, the tumor suppressor MEN1. Pancreatic endocrine tumors are rare, slowly evolving and often present with metastasis at diagnosis. These tumors constitute a heterogeneous group defined by their hormonal secretions. Evolution and development of these tumors is far from being understood. The cell of origin of the different pancreatic endocrine tumor types is enigmatic, notably for tumors secreting non-pancreatic hormones such as gastrinomas. My thesis project was structured toward the characterization of a new murine model allowing the specific disruption of the Men1 gene in Ngn3+ pancreatic endocrine progenitors, the PancEndoMen1 KO model. The combined study of this new model and previous model generated in the team, allowed us to demonstrate that pancreatic gastrinomas related to Men1 inactivation, originate from the endogenous pancreatic endocrine cells. In parallel, our results demonstrated that the mutant mice having Men1-deficient Ngn3+-progenitors resulted in differential cell proliferation alterations in different pancreatic endocrine cells. Importantly, Men1-disruption in either pancreatic endocrine or pan-pancreatic progenitors displayed tumors with impaired differentiation features. Thus, this thesis works allowed to better characterize pancreatic endocrine tumors histogenesis by addressing the role of pancreatic endocrine progenitors targeted Men1 disruption during development in tumorigenesis

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

La transplantation d’îlots pancréatiques est considérée comme une thérapie prometteuse quant au traitement du diabète de type 1. En revanche, l’utilisation de traitements immuno-suppresseurs ainsi que le manque de donneur sont un frein à l’expansion de cette thérapie à plus de patients diabétiques. Pour résoudre ces deux problèmes, la stratégie développée durant ces vingt dernières années est le pancréas bioartificiel. Il consiste en une immuno-isolation de la greffe dans une enveloppe artificielle, protégeant non seulement la greffe du système immunitaire, mais aussi le receveur de la greffe. Les îlots ou les cellules productrices d’insuline transplantée(e)s ne sont pas en contact avec le système immunitaire et aucune immunosuppression n’est nécessaire. L’objectif de ce travail était de déterminer les marqueurs de survie et de mort des îlots dans des conditions mimant celles du MAILPAN®, un pancréas bioartificiel développé par Defymed et d’étudier différentes molécules qui pourraient augmenter la survie des îlots. Nous avons démontré que cet environnement bioartificiel engendrait un confinement et de l’hypoxie créant un stress cellulaire et donc une perte précoce des îlots. Nous avons identifié plusieurs cibles pour améliorer la viabilité et la fonction comme par exemple les transporteurs d’oxygène ou des molécules anti-inflammatoires. Plus le nombre d’îlots dans le MAILPAN® était élevé, plus les effets délétères sur la survie des îlots étaient importants. En conséquence, nous avons testé différentes molécules impliquées dans les voies de l’hypoxie et de l’inflammation pour augmenter la survie et restaurer la fonction des îlots pancréatiques dans un environnement confiné et hypoxique (600IEQ/cm2). L’ajout d’HEMOXcell®, un nouveau transporteur d’oxygène et du peptide tat-CREB ont montré une restauration de la fonction des îlots ainsi qu’une diminution de l’hypoxie et de l’inflammation après 24h de culture. Ainsi ce travail a permis l’identification de nouveaux candidats pour l’élaboration d’un milieu spécialisé pour l’encapsulation de cellules. / Islet transplantation is considered as promising therapy for brittle type 1 diabetes. However, the use of immunosuppressive regimen and the lack of donor prevent the expansion of the therapy to other diabetic patients. In order to address these two issues, the strategy developed for the two last decades is the bioartificial pancreas. It consists in the immune-isolation of the graft in an artificial envelop, protecting at the same time the graft, from the immune-system, and the host, from the graft. In principle, the transplanted islets or surrogate insulin secreting cells are not in contact with the immune system and no immunosuppressive drugs are needed. The objective of this work was to identify the markers of islet death/survival mimicking MAILPAN® conditions, a bioartificial pancreas developed by Defymed and study different molecules which can improve islet survival.We demonstrated that bioartificial environment induced confinement and hypoxia which triggers cellular distress causing early islet loss. We identified several targets to improve viability and function such as oxygen carriers or anti-inflammatory drugs. The highest the number of islets in the MAILPAN® was, the most deleterious effects in islet survival and functionality were observed. As a consequence, we tested different molecules implicated in hypoxia and inflammation pathway to improve islet survival and restore islet functionality in a hypoxic and confined environment (600IEQ/cm²). The addition of HEMOXCell®, a novel oxygen carrier, and tat-CREB peptide have been shown to restore islets functionality and decrease hypoxia and inflammation levels after 24 hours in culture. Thus, these data provide new inputs for the design of a culture medium dedicated for cell encapsulation.

Implication du PTP dans la mort cellulaire β pancréatique L'hyperglycémie, l'hyperfructosémie et l'ischémie-reperfusion sont délétères pour la viabilité cellulaire β pancréatique, jouant un rôle majeur dans la perte de la masse cellulaire β. Le pore de transition de perméabilité mitochondriale (PTP) est un canal mitochondrial impliqué dans le déclenchement de la mort cellulaire. Des données récentes montrent l'implication du PTP et du stress oxydant dans la toxicité induite par l'ischémie-reperfusion sur cardiomyocytes et également dans la glucotoxicité induite sur cellules endothéliales. La première partie de notre étude a visé à étudier l'implication de l'ouverture du PTP dans la mort cellulaire des cellules INS-1 et des îlots pancréatiques humains soumis à de fortes concentrations de glucose et de fructose. Nous démontrons que l'incubation des cellules INS-1 et des îlots pancréatiques humains en présence de 30 mM de glucose ou 2,5 mM de fructose déclenche une ouverture du PTP et induit la mort cellulaire. La metformine et la Cyclosporine A (CsA) préviennent l'ouverture du PTP et la mort cellulaire induite par le glucose et le fructose. La deuxième partie de notre travail montre que l'exposition des INS-1 à une heure de carence en substrat concomitante d'une hypoxie, suivie d'une restauration des conditions basales conduit à l'ouverture du PTP et à une majoration drastique de la mort cellulaire. Ces deux évènements sont totalement prévenus par l'incubation préalable par la CsA et la metformine mais aussi par la N-Acétyl-Cystéine (NAC) ou par l'exposition à une anoxie, soulignant ainsi le rôle fondamental du stress oxydant dans le déclenchement de l'ouverture du PTP et de la mort cellulaire. Nous montrons qu'au cours de l'ischémie-reperfusion simulée, la production de superoxide est bi-phasique : nous décrivons un premier pic de production au cours de la carence en substrat, lié à un flux reverse d'électrons au sein du complexe I de la chaîne respiratoire. Ce premier pic est suivi d'un deuxième pic de production après la restauration du niveau de substrats et d'O2, lié à l'ouverture du PTP. La NAC, l'anoxie ou la metformine préviennent les deux pics de production de superoxide tandis que la CsA prévient seulement le second pic. Enfin, nous montrons que l'hypoxie seule n'induit ni stress oxydant, ni ouverture du PTP ni mortalité cellulaire. L'ensemble de notre travail démontre le rôle central du PTP dans la gluco-fructotoxicité et dans la toxicité induite par l'ischémie-reperfusion sur la cellule β pancréatique. Ainsi, prévenir l'ouverture du PTP peut-être une approche intéressante pour préserver la viabilité cellulaire β. / PTP involvement in β pancreatic cell death Hyperglycemia, hyperfructosemia and ischemia-reperfusion play a major role in the progression of β cell loss in diabetes mellitus. The permeability transition pore (PTP) is a mitochondrial channel involved in cell death. PTP opening and oxidative stress have been shown to be involved in ischemia-reperfusion injury on cardiomyocytes and in hyperglycemia-induced cell death in endothelial cells. In the first part of this work, we have examined the involvement of PTP opening in INS-1 cells and human pancreatic islets cell death induced by high levels of glucose or fructose. We first reported that Metformin and Cyclosporin A (CsA) prevented Ca2+-induced PTP opening in permeabilized and intact INS-1 cells. We then shown that incubation of INS-1 cells and human islets in the presence of 30 mM glucose or 2.5 mM fructose induced PTP opening and led to cell death. Because both Metformin and CsA prevented glucose and fructose induced PTP opening, and hampered glucose and fructose induced cell death, we conclude that PTP opening is involved in high glucose and high fructose induced INS-1 and human islets cell death. We therefore suggest that preventing PTP opening might be a new approach to preserve β cell viability. In the second part of the work, we demonstrate that the incubation of INS-1 cells in the absence of energy substrates in hypoxic condition for 1 hour followed by incubation in normal condition led to PTP opening and to a dramatic increase in cell death. Both events were totally prevented when PTP opening was inhibited by either Cyclosporin A (CsA) or Metformin or when the cells were incubated in the presence of the antioxidant N-acetyl-cystein (NAC), in anoxia, highlighting the implication of oxidative stress is the commitment of PTP opening. Superoxide production increased during the removal of energy substrates, due to reverse electron flux through complex I and again increased when normal energy substrate and O2 were restored, due to PTP opening. NAC, anoxia or Metformin prevented the two phases of oxidative stress, while CsA prevented only the second one. Hypoxia alone did not induce oxidative stress, PTP opening or cell death. Our work demonstrates the implication of PTP opening in ischemia-reperfusion injury and gluco- fructotoxicty in β pancreatic cells. We therefore suggest that preventing PTP opening might be a new approach to preserve β cell viability.