Les affections ostéo-articulaires concernent des millions de personnes. L’ingénierietissulaire osseuse, associant cellules souches mésenchymateuses humaines (CSM) etmatériaux synthétiques, pourrait répondre aux besoins cliniques. Pour cela, les différentescomposantes de cette approche et leur association doivent être mieux étudiées pour la rendreutile cliniquement. Durant cette thèse, une première étude animale proche du cas cliniquenous a permis de définir les points à améliorer pour le traitement des pertes osseuses. Nousavons ainsi pu développer un milieu spécifique induisant une différenciation rapide etterminale des CSM en ostéoblastes. Par la suite, l’utilisation de particules de céramiquescomme support cellulaire nous a permis d’obtenir des hybrides riches en matriceextracellulaire. Cet environnement 3D biomimétique permet l’engagement spontané des CSMvers un phénotype ostéoblastique et l’obtention d’une quantité osseuse importante in vivo.L’ensemble de ces résultats met en évidence l’importance de l’environnement et du stade dedifférenciation cellulaire pour la formation osseuse par ingénierie tissulaire osseuse. / Osteo-articular disorders affect millions of people over the world. Bone tissueengineering, an approach combining human mesenchymal stem cells (MSC) and syntheticmaterials, could potentially fulfill clinical needs. However, the different components of thisapproach and their association should be investigated further to make it clinically useful. Inthis thesis, an initial animal study close to clinical situation allowed us to identify areas thatneed improvement for regenerating bone defect. We were then able to develop a specificmedium which induces a rapid and terminal osteoblastic differentiation of MSC.Subsequently, the use of ceramic particles as cell support has allowed us to obtain hybridmainly composed of extracellular matrix. This biomimetic 3D environment allowsspontaneous osteoblastic commitment of MSC and induces a large bone quantity in vivo.Overall, these results highlight the importance of the environment and the cell differentiationstate for bone formation using bone tissue engineering.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

L’athérosclérose et la pathologie anévrysmale sont principalement caractérisées par un remodelage de laparoi artérielle au cours de leur évolution. Ce travail a examiné un aspect de la destruction de la paroiartérielle à travers l’étude de la métalloprotéase MMP-14 au cours de l’athérome et un aspect dereconstruction artérielle à travers l’étude d’une thérapie cellulaire d’un modèle d’Anévrysme de l’AorteAbdominale (AAA) par Cellules Souches Mésenchymateuses (CSMs).En utilisant un modèle de greffe de Moëlle Osseuse (MO) dans des souris Ldlr-/-, nous avons montré que ladélétion d’expression de MMP-14 dans les cellules issues de la MO provoquait une accumulation decollagène interstitiel dans la plaque athéromateuse sans modification de la composition cellulaire nivariation de taille. Une mesure de l’activité collagénolytique par substrat fluorescent a confirmé que ladélétion en MMP-14 chez les macrophages provoquait une baisse de l’activité collagénolytique. Cetteactivité est indépendante de l’activité MMP-2 et MMP-8 et pourrait être médiée partiellement parl’activation de MMP-13. Nous avons mis en évidence la présence de CSMs à la surface luminale de thrombus de AAA et nous avonsmontré une diminution significative des CSMs circulantes chez des patients porteurs de AAA. Nous avonspu stabiliser la croissance de AAA expérimentaux chez le rat à partir de xénogreffe artérielle par perfusionendoluminale de CSMs. La perfusion de CSMs provoquait une diminution de l’inflammation à court termeet favorisait la reconstruction artérielle par accumulation de collagène et d’élastine à moyen terme.En conclusion, l’activité collagénolytique de MMP-14 est un des mécanismes moléculaires possibles del’évolution de la plaque athéromateuse par rupture de plaque. Elle ouvre la perspective d’une nouvelleapproche thérapeutique et pourrait être une cible comme substrat pour une imagerie fonctionnelle de laplaque athéromateuse. L’évolution de la maladie anévrysmale pourrait être secondaire à une altération dessystèmes de réparation tissulaire dont les CSMs seraient des acteurs clé. La perfusion endoluminale desCSMs dans un modèle expérimental a permis la restauration de ces systèmes de réparation tissulaire etouvre la perspective d’un nouvel outil thérapeutique contre les AAA / Pas de résumé anglais

L’infection par Helicobacter pylori touche environ la moitié de la population mondiale et est responsable de plusieurs pathologies gastro-intestinales incluant l’adénocarcinome gastrique. Les mécanismes de la carcinogénèse induite par H. pylori ne sont pas clairement élucidés. Mais, l’oncoprotéine CagA que possèdent certaines souches est très impliquée dans la carcinogénèse gastrique ; elle induit l’apparition d’un phénotype particulier, dit colibri, qui mime une transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). De plus, CagA déstabilise les jonctions cellulaires en perturbant la E-cadhérine. Les objectifs de ces travaux ont été de déterminer si H. pylori induit une véritable EMT et si cette EMT est à l’origine de l’émergence de cellules souches cancéreuses (CSC). De plus, nous avons étudié le rôle joué par la protéine IQGAP1, protéine assurant le maintien des jonctions cellulaires, dans la carcinogénèse gastrique induite par H. pylori. Ces travaux ont montré que H. pylori induit une EMT in vitro. Cette EMT est à l’origine de l’émergence de cellules CD44high présentant les caractéristiques de CSC. L’étude du rôle de IQGAP1 au cours de la carcinogénèse gastrique liée à H. pylori a permis de déterminer son implication dans l’apparition de lésions néoplasiques dans un modèle de souris transgéniques hétérozygotes pour IQGAP1. En outre, IQGAP1 apparaît comme une protéine dont l’expression est modifiée par l’infection à H. pylori et par l’EMT induite par cette bactérie in vitro. Nos résultats permettent de mieux comprendre le mécanisme physiopathologique de l’adénocarcinome gastrique et seront potentiellement utiles au développement de nouvelles thérapeutiques anti-cancéreuses. / Helicobacter pylori infection is found in about half of the world population and is responsible for several gastrointestinal pathologies, including gastric adenocarcinoma. The mechanisms of the carcinogenesis due to H. pylori remain unclear. However, the link with gastric adenocarcinoma is partly due to the H. pylori CagA oncoprotein. CagA is responsible for a particular cell phenotype in vitro, the “hummingbird” phenotype which corresponds to an elongation of the cells, mimicking an epithelial to mesenchymal transition (EMT). EMT participates to carcinogenesis, and is involved in the generation of cancer stem cells (CSC). Moreover, CagA destabilize the cell junctions. This study aimed to determine wether H. pylori induces a true EMT, and if so, wether this EMT can generate CSCs. The role of IQGAP1, which is a scaffold protein involved in cell adhesion, was also studied in cases of gastric carcinogenesis due to H. pylori. We demonstrated that H. pylori induces an EMT in vitro. Moreover, we showed that this EMT is responsible for the emergence of CD44high cells which have the same characteristics as the CSCs. IQGAP1 has been identified as a protein implicated in neoplastic lesion development in a transgenic mouse model heterozygous for IQGAP1. Moreover, in vitro, the expression of IQGAP1 was modified by H. pylori infection and more specifically by the EMT induced by H. pylori. Our results allow a better understanding of gastric adenocarcinoma pathophysiology and will be helpful in developing new cancer chemotherapies.

Le remplacement des oligodendrocytes myélinisants par des progéniteurs endogènes a été observé dans le contexte des pathologies démyélinisantes via le recrutement de deux populations distinctes de progéniteurs : les progéniteurs dérivant des cellules souches adultes de la zone sous ventriculaire (SVZ) et les précurseurs d'oligodendrocytes (OPCs) du parenchyme. Réactivés par des facteurs présents dans le cerveau après lésion, ces progéniteurs acquièrent de nouvelles propriétés migratoires et sont recrutés au niveau du site lésionnel. Toutefois, ces tentatives d'autoréparation endogènes sont limitées et ne permettent pas une récupération fonctionnelle, dans la grande majorité des cas. Cet échec dans la régénération peut être imputé en parti à des défauts de migration de ces cellules vers les zones lésées. Divers signaux sont impliqués dans le recrutement des cellules progénitrices allant de signaux développementaux ré‐exprimés au niveau de la lésion à l'expression de cytokines induite par la neuroinflammation. Nos données dévoilent de nouvelles fonctions pour Reelin et CNTF dans le contrôle de la migration des progéniteurs neuraux pendant la phase de remyélinisation chez la souris. Alors que Reelin induit la dispersion des cellules dérivant de la SVZ hors de leur niche rendant plus efficace les processus de recrutement spontané vers la lésion démyélinisée, CNTF participe au contrôle directionnel de leur migration vers de la zone endommagée in vivo. L'utilisation de tests in vitro nous a permis de montrer que Reelin, en plus de son effet décrit sur le détachement des neuroblastes de la SVZ migrant en chaîne, exerce un effet chimiocinétique. / Replacement of myelinating oligodendrocytes by endogenous progenitors has been demonstrated to occur in demyelinating diseases via the recruitment of two distinct pools of progenitors: Subventricular zone (SVZ)‐derived progenitors and parenchymal oligodendrocyte precursors (OPCs). Becoming re‐activated by factors present in the brain after injury, these progenitors acquire new migration properties and are recruited to the lesion sites. However these spontaneous repair attempts are limited and do not permit efficient functional recovery. This failure can be due in part to an inefficient migration of these cells to the lesion site. Numerous signals are involved in the migration of precursor cells into the area of brain damage ranging from developmental signals re‐expressed at the lesion site to neuroinflammation‐induced cytokines. Our data uncover new functions for Reelin and CNTF in the control of neural progenitor's recruitment during the remyelination phase in mouse model of demyelination. While Reelin induces SVZ‐derived cells dispersion form their niche which potentiates the spontaneous recruitment processes to the demyelinated lesion, CNTF participates in the control of their migration toward the damaged site in vivo. Using in vitro assays we show that Reelin, in addition to its already described detachment effect on SVZ neuroblasts chain migration, is chemokinetic. CNTF is acting on SVZ derived progenitors and parenchymal OPCs as a chemoattractant, which cells respond to it in gradient sensing manner. All together, these two studies reveal key function for Reelin and CNTF in the post‐lesional migration.

Les glycosaminoglycannes : implication dans la régénération tissulaire après ischémie et utilisation de mimétiques comme agents potentialisateurs des progéniteurs endothéliaux humains pour la régénération vasculaire. Contexte scientifique : Les pathologies vasculaires représentent la première cause de décès dans le monde. Parmi elles, l'ischémie chronique des membres inférieurs conduit fréquemment à une amputation du membre et est associé à une forte mortalité. Les thérapies actuelles, incluant un meilleur mode de vie, les traitements prophylactiques et les interventions chirurgicales ne permettent pas de soigner définitivement les patients. Les progéniteurs endothéliaux circulants (PEC) présentent une capacité de prolifération très élevée, forme des vaisseaux in vivo et s'intègre naturellement à des réseaux vasculaires préexistants. C'est pourquoi, ces cellules sont actuellement considérées comme un outil thérapeutique prometteur pour la réparation vasculaire. Cependant, l'utilisation des PEC en clinique est limitée par leur rareté dans le sang. De plus, les essais cliniques en thérapie cellulaire ont jusqu'à maintenant démontré des résultats prometteurs mais systématiquement limités dans le temps, à cause d'une faible rétention et d'une mort accrue des cellules après injection. Ceci souligne l'importance d'une meilleure compréhension du microenvironnement dans lequel les cellules thérapeutiques sont injectées. Le microenvironnement est en partie constitué par des glycosaminoglycannes (GAG) sulfatés, tels que les Héparanes Sulfates (HS) ou les Chondroïtines Sulfates (CS). Les GAG interagissent avec des partenaires protéiques afin de structurer et de stabiliser la matrice extracellulaire. Les GAG ont également un rôle fonctionnel puisqu'ils régulent de nombreux processus biologiques grâce à leur capacité d'interaction avec des facteurs liant l'héparine.Objectifs: Les objectifs de cette thèse étaient (1) d'améliorer l'isolement des PEC et d'optimiser leurs fonctionnalités endothéliales in vitro à l'aide d'un mimétique de GAG, (2) de caractériser d'un point de vue structurel et fonctionnel les GAG endogènes, et en particulier les HS et les CS, dans le muscle ischémié.Résultats: (1) Nous avons démontrés que l'ajout d'un mimétique de GAG, et plus précisément le composé [OTR4131], pendant les phases d'isolement des PEC à partir du sang de cordon induisait un enrichissement par 4 du nombre de colonies. De plus, l'ajout de ce mimétique dans le milieu de culture permet d'optimiser l'adhérence, la prolifération, la migration ainsi que l'auto-renouvellement des PEC. (2) L'ischémie induit une modification de l'expression des gènes de biosynthèse des GAG, conduisant à des modifications structurelles distinctes des HS et CS. Ces modifications sont corrélées avec des changements dans la capacité des GAG à lier certains facteurs et à moduler l'activité cellulaire. De plus, les CS forment une marque cicatricielle après ischémie.Conclusion & Perspectives: (1) Le mimétique de GAG [OTR4131] devrait permettre d'optimiser les capacités d'expansion des PEC et leurs propriétés endothéliales pour une application thérapeutique. (2) Un intense remodelage des GAG suit l'accident ischémique et perturbe l'activité des facteurs de croissance. Le contrôle des CS constitue une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement des lésions du muscle squelettique.Mots-clés : angiogenèse, progéniteurs endothéliaux circulants, glycosaminoglycannes, facteurs liant l'héparine, ischémie, régénération musculaire, réparation vasculaire / Glycosaminoglycans: involvement in tissue regeneration after ischemia and use of mimetic molecules as potentiating agents of human endothelial progenitor cells for vascular regenerationScientific background: Vascular diseases are the leading causes of death in the world. Among them, critical limb ischemia often leads to amputation of the limb and potential mortality. Current therapies including life style management, pharmacological control of risk factors and surgical revascularization do not completely reverse the pathology. Late-outgrowth endothelial colony-forming cells (ECFC) display high proliferative potential, form vessels in vivo and are incorporated into pre-existing vascular networks. Thus, these cells are considered as a promising therapeutic tools for vascular repair. However, the use of ECFC in cell therapy is limited by their rarity in blood. In addition, clinical trials using cell therapy have demonstrated promising results, but there are still a significant problem with poor cell retention and survival. This underlines the relevance to better knowing the microenvironment on which therapeutic cells are transplanted. Microenvironment is in part composed by sulfated glycosaminoglycans (GAG), such as Heparan Sulfate (HS) or Chondroitin Sulfate (CS). GAG interact with proteins to strengthen the structure and stability of the extracellular matrix. GAG have also functional roles since they regulate numerous biological processes through their abilities to interact with heparin-binding growth factors (HBGF).Objectives: The aim of this thesis was (1) to improve production of ECFC and optimize their endothelial properties in vitro using a GAG mimetic molecule, (2) to characterize structurally and functionally endogenous GAG, especially HS and CS species, in ischemic muscle.Results: (1) We demonstrate that the addition of a GAG mimetic molecule, namely the [OTR4131] compound, during the isolation process of ECFC from cord blood induces a 4 fold increase the number of colonies. Moreover, addition of [OTR4131] to cell culture media improves adhesion, proliferation, migration and self-renewal of ECFC. (2) Ischemia induces modifications of expression of GAG biosynthetic enzymes in muscle, leading to changes in HS and CS structures in distinct ways. These changes are correlated with functional modifications of GAG to bind HBGF and to modulate cell activity. Moreover, CS constitute a persistent hallmark of injury after ischemia.Conclusion & Perspectives: (1) The [OTR4131] GAG mimetic should enable optimization of the expansion capacity and the endothelial properties of ECFC for further therapeutic applications. (2) Intense GAG remodeling follows ischemia and disrupts growth factors activities. The control of CS is a promising new therapeutic approach for the treatment of skeletal muscle injury.Keywords: angiogenesis, endothelial progenitor cell, glycosaminoglycans, heparin binding growth factor, ischemia, muscle regeneration, vascular repair

Résumé non transmis / Summary not transmitted

Les cellules souches cancéreuses mammaires sont considérées d'initier et d'être responsable du développement des tumeurs. Un certain nombre de marqueurs ont été proposées, mais la question sur la définition de la CSC dans les cancers du sein RE+ reste ouverte. Nous avons utilisé les lignées MCF7 et T47D comme modèles RE+ et les SUM159 comme RE- pour rechercher les fractions cellulaires enrichies des CSC. Nous avons utilisé un panel de marqueurs tels qu'ALDH, CD44/CD24, combiné avec la formation de mammosphères. Les xénogreffes dérivées de patients (PDXs) de cancer du sein ont également été analysées. ALDH+ et/ou CD44+/CD24- définie des fractions cellulaires enrichies en cellules initiatrices de mammosphères et la capacité de différenciation dans les SUM159 et T47D, mais pas dans les MCF7. Nous avons demandé si cela pourrait être lié à différents statuts de p53. Dans ce but, nous avons généré des cellules MCF7shP53 et a montré une augmentation nette de fraction CD44+/CD24- dans ces cellules et une formation accrue de mammosphères. Cependant, les fractions triées ALDH+ ou CD44+/CD24- ont augmenté la formation de mammosphères d'un facteur 2 maximal. Nous voulions enrichir les CSC (basées sur l'initiation de mammosphères), les cellules en monocouche et en mammosphères sont exposées sous faible tension d'oxygène (<2%) pendant 7 jours, elles sont ensuite caractérisées sur la base de leur expression d'un certain nombre de marqueurs de différenciation soit par FACS soit par immunofluorescence. Dans les mammosphères des lignées RE+, les cellules ont passé à un phénotype bipotent CK5+/CK8+ et augmenté la fraction CD24+/CD44-. La même tendance a été observée parallèlement dans les cellules incubées en hypoxie. En outre, les sphères ne portent pas d'augmentation de la tumorigénicité. En conclusion, les cellules formant les mammosphères correspondent à un sous-ensemble avec un phénotype spécifique qui ne portent pas d'augmentation de la tumorigénicité. / Breast cancer stem cells (BCSCs) are believed to initiate and sustain tumor development. A number of markers have been proposed but open questions remain on the definition of CSC in ER+ breast cancer. We used MCF7 and T47D BCCL as ER+ models and the SUM159 BCCL for ER- to search for BCSC enriched subpopulations. We used a panel of markers such as ALDH, CD44/CD24, combined with mammosphere formation. Breast patient derived xenografts (PDX) were also analyzed. ALDH+ and/or CD44+/CD24- define fractions of cells enriched in mammosphere initiation and differentiation capacity in SUM159 and T47D, but not in MCF7. We asked whether this could be linked to different p53 statuses. To this aim, we generated MCF7-shp53 cells and showed a net increase in CD44+/CD24- in these cells and increased mammosphere formation. However, sorted ALDH+ or CD44+/CD24- cells increased mammosphere formation at most by a factor 2. We wanted to further enrich for CSC (based on mammosphere initiation), cultured 2D and mammosphere cells to low oxygen (<2%) for 7 days and characterized the cells on the basis of their expression of a number of differentiation markers by either FACS or immunofluorescence. In mammosphere of ER+ BCCL cells switched to a bipotent CK5+/CK8+ phenotype and increased the CD24+/CD44- fraction. Parallel findings were made with cells incubated under low O2. Furthermore, spheres do not bear increased tumorigenicity. In conclusion mammosphere forming cells correspond to a specific phenotypic subset of breast cancer cells that do not bear increased tumorigenicity.