Les concentrations d’oxygène (O2) dans la moelle osseuse hématopoïétique, sont très inférieures à celle de l’air (20% d’O2) puisqu’elles vont de 4% dans les zones juxta-vasculaires à 0,1% près de l’endoste, où siègent les cellules souches hématopoïétiques (CSH), essentiellement quiescentes. Ce paramètre physiologique, rarement pris en compte, est un élément important dans la régulation de l’hématopoïèse. Les effets bénéfiques des faibles concentrations d’oxygène sur le maintien des cellules souches hématopoïétiques sont maintenant bien établis. Par contre, la réponse du compartiment des progéniteurs aux faibles concentrations d’oxygène est moins examinée mais très discutée, certains montrant une différenciation associée à un blocage de la prolifération alors que d’autres montrent leur disparition de la culture probablement par apoptose. C’est dans ce contexte que se place ces travaux qui visent à approfondir les effets des faibles concentrations en oxygène (de 3 à 0,1%) sur ce compartiment. La culture pendant 72h à 0,1% O2 de la lignée murine de progéniteurs hématopoïétiques non leucémiques FDCP-Mix entraîne leur arrêt progressif en quiescence (Ki-67 négatif) de ces cellules sans induction d’apoptose. Cet arrêt est associé à la différenciation granulocytaire d’une majorité de la population. Dans ces mêmes conditions de culture persiste une population restreinte de cellules qui s¹auto-renouvellent lentement et qui sont capables après repiquage en culture à 20% d’O2 de repeupler une culture liquide et de former des colonies en milieu semi-solide. Ces changements fonctionnels sont associés aux modifications de protéines du cycle cellulaire impliquées dans la quiescence cellulaire : p27KIP1, pRb et CDK. Cette caractérisation permet désormais d’utiliser cette lignée comme modèle pour l’étude des équilibres fondamentaux au maintien de l’homéostasie hématopoïétique. / Oxygen concentrations (O2) in hematopoietic bone marrow vary from 4% in capillaries to less than 0.1% in subendosteum, where hematopoietic where mostly quiescent stem cells reside. This physiological factor, rarely investigated, is an essential piece of hematopoiesis regulation. The beneficial effects of low oxygen concentrations on the maintenance of hematopoietic stem cells are now well established. In contrast, the effects of low O2 concentration on the progenitors compartment, were much less explored and are then more controversial: some articles evidence a pro-differentiative effect related to a cell proliferation blockade while others observe their rapid disappearance from cultures probably due to apoptosis. In this particular context takes place this work which aims to investigate the low oxygen concentration effect (from 3% to 0.1%) on this precise compartment. Culture of the murine non-leukemic hematopoietic progenitor cell line FDCP-Mix line at 0.1% O2 during 72h induces a progressive G0 quiescence blockade (Ki-67 negative) without apoptosis increase. This G0 cell cycle arrest is correlated with the granulo-monocytic differentiation of most cells. In the mean time a minor population of self-renewing cells continues to cycle slowly as evidenced by their 5-FU sensitivity in primary culture and by their capacity to give rise to colonies and to repopulate liquid cultures when replated in cultures at 20% O2. G0 quiescence and granulocytic differentiation induced by low O2 concentrations is associated with cell cycle protein modifications: p27KIP1, pRb, CDK. This characterization allows FDCP-Mix usage as model to investigate fundamental balances responsible for hematopoietic long-term maintenance.

La pigmentation de la peau résulte en grande partie de la présence de mélanine dans l’épiderme. Ce pigment est synthétisé par les mélanocytes puis transféré aux kératinocytes pour assurer une fonction photoprotectrice. Le transfert de mélanosomes nécessite une reconnaissance cellulaire entre mélanocytes et kératinocytes. L’interaction entre lectines et glycanes joue un rôle dans cette reconnaissance et peut constituer une cible d’intérêt pour le développement de produits à activité dépigmentante. Par ailleurs, les conditions du microenvironnement cutané, telles que le taux d’oxygène, sont cruciales pour l’homéostasie tissulaire. Les objectifs de ce travail de thèse, réalisé dans le cadre du projet FUI Glycoskin I, ont été : l’étude de la reconnaissance cellulaire entre mélanocytes et kératinocytes à travers l’interaction lectine-glycane, la caractérisation des mélanosomes sécrétés par les mélanocytes et la mise au point d’une méthode d’évaluation du transfert des mélanosomes aux kératinocytes pour tester l’activité de phosphoconjugués. D’autre part, nous avons étudié l’effet du taux d’oxygène sur le processus de mélanogénèse et sur l’interaction lectine-glycane. Nos résultats ont permis d’élucider les profils glycaniques et lectiniques à la surface des mélanocytes et des kératinocytes et de sélectionner des phosphoconjugués potentiellement inhibiteurs du transfert de mélanosomes aux kératinocytes. Nous avons mis au point un modèle d’évaluation du transfert de mélanosomes aux kératinocytes afin de tester l’effet inhibiteur des phosphoconjugués. Nous avons identifié un phosphosaccharide inhibiteur de la reconnaissance entre mélanosomes et kératinocytes. Par ailleurs, ce projet constitue la première étude de la pigmentation en physioxie. Nous avons montré qu’un travail en physioxie induit des modulations des profils glycaniques et lectiniques, ainsi qu’une stimulation de la mélanogénèse. Ces résultats montrent l’importance de se placer en physioxie lors de l’étude de la mélanogénèse in vitro afin de se rapprocher au maximum des conditions physiologiques du microenvironnement cutané lors de l’évaluation de composés actifs. / Skin pigmentation is mostly due to the presence of melanin in the epidermis. This pigment is produced by melanocytes and transferred to keratinocytes, to play a photoprotective role. Melanosome transfer requires cellular recognition between melanocytes and keratinocytes. Lectin-glycan interaction plays a role in this phenomena and can be an interesting target for developing depigmenting products. Besides, the cutaneous microenvironment conditions, such as oxygen level, are crucial for tissular homeostasis. The aims of this work, as part of the Glycoskin I FUI project, were : to study cellular recognition between melanocytes and keratinocytes through lectin-glycan interaction, to characterize melanosomes released from melanocytes and to develop a method for the evaluation of melanosome transfer to keratinocytes in order to assess phosphoconjugate activity. Also, we studied the effect of oxygen level on melanogenesis and lectin-glycan interaction. Our results allowed to elucidate lectin and glycan profiles on the surface of melanocytes and keratinocytes and to select phosphoconjugates potentially able to inhibit melanosome transfer. We developed a method to assess melanosome transfer in order to test phosphoconjugates inhibiting effect. We identified one phosphosaccharide able to inhibit melanocytes-keratinocytes recognition. Furthermore, this project is the first study of pigmentation in physioxia. We showed that physioxia induces modulations of lectin and glycan profiles and stimulated melanogenesis. These results show the importance of physioxia conditions when studying melanogenesis in vitro to approach cutaneous physiological microenvironment when evaluating active compounds.

L’hadronthérapie par ions carbone représente une modalité de radiothérapie alternative très attractive du fait des propriétés physiques et biologiques de ce type de particules. Les chondrosarcomes, tumeurs radio-résistantes à différentiation cartilagineuse, sont en première ligne pour le traitement par ions carbone. Cependant, les effets secondaires sur les tissus sains environnants sont peu ou mal connus. Ce projet a pour but l’étude des effets directs des ions accélérés dans un modèle 3D de cartilage sain et pathologique proche de l’homéostasie humaine et le développement de nouveaux outils de calculs d’efficacité biologique relative (EBR). Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux séquelles radio-induites sur le cartilage articulaire dans un contexte d’hadronthérapie par ions carbone. En culture 2D physioxique (2% d’O2), l’efficacité biologique relative des ions carbone (transfert d’énergie linéique ou TEL intermédiaire) comparée aux rayons X a été évaluée à 2,6. Ceci a été corrélé à une plus forte induction de sénescence radio-induite. Cependant, cet effet différentiel n’a pas été retrouvé en utilisant un modèle 3D de cartilage articulaire. L’efficacité biologique relative des ions accélérés semble donc surévaluée, en utilisant des cultures en monocouche, par rapport à la 3D. Dans un deuxième temps, un modèle 3D de chondrosarcome a été développé pour des études d’hadronbiologie. Après plusieurs obstacles techniques, des méthodes d’extraction protéique et d’immunohistochimie ont été mises au point. Une nouvelle méthode d’évaluation de l’EBR en 3D basée sur la cinétique d’induction de la protéine γ-H2AX a été proposée. / Hadrontherapy using carbon ions has many advantages due to physical and biological properties of this type of particle. Chondrosarcoma, a cartilaginous radio-resistant tumor, has been successfully treated using carbon ions. However, potential side effects to the surrounding healthy tissues are still poorly known. This project aims to study the direct effects of carbon ions in a 3D model of healthy articular cartilage and chondrosarcoma close to human homeostasis, in order to provide new tools for the evaluation of the relative biological effectiveness (RBE).The first part of the project was dedicated to the evaluation of carbon ions-induced impact on articular cartilage in the context of chondrosarcoma treatment. Compared to X-rays, the relative biological effectiveness of intermediate-LET carbon ions scored 2.6 in 2D monolayer culture. This was correlated with a stronger induction of cellular senescence. However, this differential effect was not reproduced using a 3D model of articular cartilage. Thus, the relative biological effectiveness of accelerated ions is probably overestimated using monolayer cultures (2D), compared to 3D. In the second part of this work, we developed a 3D chondrosarcoma model for hadronbiology studies. Protein extraction and immunohistochemistry protocols were developed. A new RBE evaluation method based on γ -H2AX repair kinetic in 3D, was proposed.