Les rétinopathies ischémiques prolifératives telles que la rétinopathie diabétique proliférative et la rétinopathie du prématuré sont les principales causes de la perte de la vision dans la population active et pédiatrique des pays industrialisés. Malgré le fait que les événements initiateurs sont différents et propres à chacune des pathologies, les rétinopathies ischémiques prolifératives sont le résultat d’un processus biphasique. On a d’abord une phase initiale de dégénérescence microvasculaire suivie d’une néovascularisation excessive et pathologique de la rétine hypoxique qui tente de réinstaurer l’apport en nutriments et en énergie. Mais au lieu d’aller revasculariser les zones avasculaires de la rétine, ces nouveaux vaisseaux sanguins sont mal orientés et se dirigent plutôt vers le vitré normalement avasculaire. Ceci provoque des tensions physiques dans la rétine et mène à long terme à son détachement et une perte de vision conséquente. Les traitements actuels ne viennent pas sans effets secondaires majeurs. Par exemple, la formation de la cataracte et l’augmentation de la pression intraoculaire avec l’utilisation des corticostéroïdes ou la perte de la vision partielle dans le cas du traitement au laser sont fréquemment observées. De même, la thérapie anti-VEGF (Vascular endothelial growth factor) apporte aussi son lot de complications, telles que la thromboembolie veineuse et l’augmentation de la neurotoxicité après un long usage, vu les propriétés neuro- et vaso-protectrices du VEGF. Le développement d’une nouvelle approche thérapeutique pour les rétinopathies ischémiques prolifératives est donc nécessaire afin de contrer ces limitations thérapeutiques. Dans notre première étude, nous mettons en évidence un nouveau mécanisme par lequel les cellules neuronales sous stress diabétique sont à l’origine d’une forte inflammation oculaire. Nos résultats démontrent que le co-récepteur multi-ligand Neuropiline-1, le VEGF et la Sémaphorine-3A agissent de concert afin d’attirer une sous-population particulière de phagocytes mononucléaires susceptibles d’activer le processus de croissance vasculaire pathologique dans la rétine diabétique. De plus, notre étude propose une base pour de futures recherches sur l’impact des phagocytes mononucléaires exprimant Neuropiline-1 dans les pathologies du système nerveux central caractérisées par une inflammation excessive. Nos résultats permettent aussi de mettre en lumière le caractère anti-inflammatoire potentiel des thérapies actuelles anti-VEGF (à cause du rôle de VEGF dans la mobilisation des phagocytes mononucléaires via Neuropiline-1) au niveau oculaire. Dans notre deuxième étude, nous mettons en évidence l’activation du facteur HIF1α dans les phagocytes mononucléaires présents dans la rétine hypoxique. L’utilisation d’une approche protéomique non biaisée de spectrométrie de masse en tandem nous a permis d’identifier les partenaires interagissant avec HIF1α dans un milieu déficient en oxygène. Nous avons pu ainsi déterminer pour la première fois l’association entre la voie d’HIF1α et celle d’IRE1α (un des trois senseurs de la voie de l’UPR « unfolded protein response ») dans le processus d’adaptation à l’oxygène des phagocytes mononucléaires. Nos résultats révèlent ensuite l’importance d’IRE1α (plus principalement son activité kinase) dans la production d’HIF1α. Nous démontrons finalement que la synergie entre les signalisations d’IRE1α et HIF1α pourrait être responsable du comportement pathogénique des phagocytes mononucléaires via leur libération de cytokines inflammatoires; ce qui participerait ainsi à la progression des rétinopathies. Collectivement, nos travaux ont permis d’identifier d’importants régulateurs de l’activité pathogénique des phagocytes mononucléaires. Nous montrons : 1) le rôle de Neuropiline-1 dans l’infiltration des phagocytes mononucléaires au niveau des zones endommagées de la rétine et 2) l’impact du mécanisme convergent entre les voies d’IRE1α et HIF1α sur leur sécrétion de facteurs pro-inflammatoires durant les rétinopathies. Nos résultats offrent une base pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques (ciblant Neuropiline-1, IRE1α et HIF1α) dans le traitement de maladies oculaires et d’autres pathologies caractérisées par une inflammation excessive. / Proliferative ischemic retinopathies such as proliferative diabetic retinopathy (PDR) and retinopathy of prematurity (ROP) are the principal causes of vision loss in working age and pediatric populations of industrialized countries. Although they display different initial triggers, proliferative ischemic retinopathies are biphasic ocular diseases that affect retinal vessels. There is an initial degeneration of the microvasculature, followed by a hypoxic stress on the retina. This triggers a second phase of deregulated and destructive blood vessel growth within the retina. Given this sequence of events and prominent clinical features, the currently most widely used local ocular therapeutic interventions directly target pathological blood vessel growth, yet present a number of non-desirable off-target effects such as the destruction of the retina itself. In fact, currently available treatments for proliferative ischemic retinopathies present non-negligible side effects, such as cataract formation with intravitreal use of corticosteroid or reduced visual field with laser-based photocoagulation surgery. Similarly, the anti-VEGF (Vascular endothelial growth factor) therapy may be associated with thromboembolic events, neuronal toxicity and atrophy when used as frequent long-term treatment given the fact that VEGF serves a vaso- and neuro-protective factor in the retina. Overcoming these therapeutic limitations and exploring novel pharmacological avenues are therefore required to ameliorate the safety profiles of current interventions. In our first study, we describe a novel mechanism by which severely stressed neuronal cells in the diabetic retina provoke destructive inflammation in the eye. We demonstrate that the multi-ligand co-receptor Neuropilin-1, VEGF and Semaphorin3A act as potent attractants for a specialized population of immune cells (mononuclear phagocytes) that later promote the exaggerated pathological vessel growth associated with the disease progression. Importantly, we provide evidence for a novel pharmacological intervention that reduces the inflammation associated with pathological retinal vessel growth. Our findings also suggest that current anti-VEGF therapies (a popular treatment for ocular vascular diseases) may in part be effective by reducing destructive ocular inflammation. In our second study, we provide evidence that those mononuclear phagocytes activate HIF1α in the hypoxic and inflamed retina. After using the unbiased proteomic approach of tandem mass spectrometry, we were able to identify HIF1α partners and found a novel link between HIF1α and the UPR (unfolded protein response) sensor IRE1α. Our data next established the crucial role of IRE1α (precisely via its kinase activity) in HIF1α production. We also suggested that the synergy between IRE1α and HIF1α pathways may be responsible of the pathogenic activity of the hypoxic mononuclear phagocytes via their secretion of inflammatory cytokines, thus contributing to the progression of the retinopathy. Collectively, our work identifies important regulators of the pathogenic activity of mononuclear phagocytes. We show that: 1) Neuropilin-1 promotes the infiltration of mononuclear phagocytes in the retina and 2) the convergent mechanism between IRE1α and HIF1α pathways is responsible for their release of pro-inflammatory factors during retinopathy. Our results could be used as a basis for the development of alternative therapeutic strategies (targeting Neuropilin-1, IRE1α and HIF1α) to treat ocular diseases or other pathologies characterized by an excessive inflammation.

Les rétinopathies ischémiques (RI) sont la cause majeure de cécité chez les personnes âgées de moins de 65 ans. Il existe deux types de RIs soit la rétinopathie du prématuré (ROP) ainsi que la rétinopathie diabétique (RD). Les RIs sont décrites en deux phases soit la phase de vasooblitération, marquée par une perte importante de vaisseaux sanguins, et une phase de néovascularisation secondaire à lʼischémie menant à une croissance pathologique de vaisseaux. Cette seconde phase peut générer des complications cliniques telles quʼun oedème dans lʼhumeur vitré ainsi que le détachement de la rétine chez les patients déjà atteints dʼune RI. Les traitements approuvés pour les RIs visent à réduire la formation des vaisseaux pathologiques ou lʼoedème; mais ceux-ci malheureusement ne règlent pas les problèmes sous-jacents tels que la perte vasculaire et lʼischémie. La rétine est un tissu hautement vascularisé qui contribue à lʼirrigation et à lʼhoméostasie des neurones. Lʼinteraction neurovasculaire, comprenant de neurones, vaisseaux et cellules gliales, contribue au maintien de cette homéostasie. Durant le développement, les neurones et les cellules gliales jouent un rôle important dans la vascularisation de la rétine en sécrétant des facteurs qui stimulent l'angiogenèse. Cependant, nos connaissances sur lʼinteraction neurovasculaire dans les RIs sont limitées. En identifiant les interactions importantes entre les cellules composant cette unité neurovasculaire dans la rétine, nous pourrons viser des cibles qui engendreront une revascularisation seine afin de diminuer les signes pathologiques chez les patients atteints dʼune RI. Les travaux présentés dans cette thèse visent à mieux expliquer cette interaction neurovasculaire en soulignant des concepts importants propres aux RIs. En utilisant un modèle de rétinopathie induite par lʼoxygène chez la souris, qui reproduit les caractéristiques importantes de la ROP (et en certaines instances, la RD), nous identifions quelques molécules clés jouant un rôle significatif dans les RIs soit la sémaphorine 3A (sema3A), lʼIL-1β, ainsi que le récepteur PAR2. Nos résultats démontrent que Sema3A, sécrétée par les cellules ganglionnaires rétiniennes (CGRs) durant une ischémie, empêche la revascularisation normale et que cette expression est induite par lʼIL-1β provenant des microglies activées. En bloquant Sema3A directement ou via lʼinhibition de lʼIL- 1β, nous remarquons une revascularisation seine ainsi quʼune diminution importante des vaisseaux pathologiques. Cela nous indique que Sema3A est impliquée dans la guidance vasculaire et quʼelle contribue à la pathogenèse des RIs. Lʼactivation de façon exogène de PAR2, identifié aussi comme régulateur du récepteur de lʼIL-1β (IL- 1RI) sur les CGRs, se traduit par une diminution séquentielle de lʼIL-1RI et de Sema3A ce qui mène également à une revascularisation seine. En conclusion, ces travaux soulignent lʼimportance de lʼinteraction neurovasculaire ainsi que la guidance vasculaire dans les RIs. Ils renforcent lʼimportance de la communication entre neurone, vaisseau et microglie dans la pathogenèse des RIs. Finalement, nous identifions quelques molécules clés qui pourront servir comme cibles afin de lutter contre lʼischémie qui cause des problèmes vasculaires chez les patients atteints dʼune RI. / Ischemic retinopathies (IRs), namely, retinopathy of prematurity (ROP) and diabetic retinopathy (DR), are the major cause of blindness in persons under the age of 65. IRs are biphasic disorders described by an initial vasoobliterative phase marked by a persistent microvascular degeneration, which leads to ischemia. Retinal ischemia, secondary to vessel loss, incites a second neovascularization phase represented by an aberrant, misdirected neovessel formation into the vitreous, which can cause adverse clinical complications including vitreous hemorrhaging and tractional retinal detachment. While current treatments aim at reducing vitreous/retinal hemorrhaging and/or pathological pre-retinal neovascularization, these regimens fail to address the underlying problem; that is, microvascular decay and retinal ischemia. The retina is a highly metabolic tissue that requires a significant amount of nutrients and oxygen. This is supplied by an intricate and highly regulated vascular network required to maintain homeostasis and proper function. The intricate cellular interactions in the neurovascular unit – the consortium of vessel, neurons and support glia – are required for regulating and maintaining homeostasis under normal conditions. However, the understanding of how this unit functions under ischemic stress, that which is seen in patients suffering from IRs, is not well defined. The present work underlines several important concepts of neurovascular coupling in IRs in efforts to identify potential therapeutic agents that may help curb retinal ischemia by stimulating normal revascularization. Using a mouse model of oxygen-induced retinopathy (OIR), which reproduces the salient features of ROP (and in some instances DR), we identified key players involved in generating the pathophysiological signatures associated with IRs; namely, semaphorin3A (Sema3A), interleukin-1β (IL-1β) and protease-activated receptor 2 (PAR2). Our results show that neuronal-derived Sema3A, secreted by ischemic retinal ganglion cells (RGCs), acts as a potent vaso-repulsive molecules that impedes normal revascularization. Activated microglia contribute to this process by secreting IL-1β, which induces paracrine release of Sema3A expression contributing to microvascular decay as well as pathological pre-retinal neovascularization. Inhibition of Sema3A or IL-1β translates to rapid revascularization and, as a result, a significant reduction in pathological neovessel formation. These results demonstrate that Sema3A is directly involved in vascular guidance and precipitates the pathophysiological features associated with IRs. PAR2, found on RGCs, was also identified as a key regulatory mechanism involved in dampening IL-1β induced Sema3A mediated vascular decay by reducing IL-1 receptor (IL-1RI). Exogenous activation of neuronal PAR2 translates to a sequential reduction of both IL-1RI and Sema3A resulting in accelerated revascularization and consequentially pre-retinal neovascularization. In conclusion, these studies highlight the importance of neurovascular coupling associated with IRs. Herein, we demonstrate the consorted interaction between neuron, vessel and glia and its impact on shaping the retinal vasculature during disease. Moreover, we underscore the significant impact of neuronal guidance cues in manifesting the salient vascular features of IRs. Finally, we identify key players that may serve as potential therapeutic avenues in curbing retinal ischemia in efforts to reduce vascular complications associated with IRs.