Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Résumés en français et en anglais. Bibliogr.: f. [58]-60. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie génétique héréditaire récessive atteignant un garçon sur 3500. Cette maladie est caractérisée par une dégénérescence musculaire progressive causée par l'absence d' expression de la protéine dystrophine. Afin de restaurer l'expression de la dystrophine dans le muscle, il est possible d'implanter des myoblastes sains, précurseurs myogéniques, dans les muscles du patient atteint de DMD. Cependant, cette forme de thérapie se heurte encore à d' importants problèmes, notamment la mort précoce de 75 % à 80 % des cellules implantées dans les 5 premiers jours suivant la greffe. Afin de pallier à cela, nous avons tenté d'une part d' exploiter le potentiel mitogénique de la thrombine pour augmente~ la prolifération de cellules saines in vivo et d' autre part d' utiliser le potentiel de la fibrine comme biomatrice à laquelle les myoblastes implantés peuvent s' attacher afin de contourner le phénomène de mort par anoïkis. Bien qu'on ait pu démontrer que la thrombine ait bien un effet sur la prolifération des myoblastes in vitro, on a pas réussi à obtenir une amélioration du succès de greffe après 21 jours. L'implantation des myoblastes en gel de fibrine, quant à elle, a permis d'améliorer significativement la survie cellulaire à 5 jours suite à la greffe ainsi que le succès de la greffe de myoblastes après 21 jours chez la souris. Ces résultats sont encourageants et démontrent qu' il y a bon espoir de rendre la thérapie cellulaire plus efficace. L' utilisation de produits non-immunogènes comme la thrombine et la fibrine pour favoriser la greffe myoblastes constitue donc une alternative intéressante pour le traitement des patients atteints de DMD.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences exactes et biologie. Génétique et biologie moléculaire : Reims : 2006. Reproduction de : Thèse doctorat : Sciences exactes et biologie. Génétique et biologie moléculaire : Monastir (Tunisie) : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p.110-155.

La thrombine est l'enzyme principale dans le processus d'hémostase. Les dérèglements de la concentration de thrombine clinique prédisposent les patients à des complications hémorragiques ou thromboemboliques. Le suivi en temps réel de la thrombine dans le sang est donc nécessaire pour améliorer le traitement de patients en état critique. Les aptamères, qui sont de courts nucléotides monobrins semblent constituer des candidats prometteurs pour la reconnaissance moléculaire dans les biocapteurs. L'objectif de ces travaux est l'étude de différentes solutions d'intégration des aptamères dans des dispositifs de diagnostic de type "point of care" pour le suivi en continu de la thrombine dans le plasma. La cinétique d'interaction des aptamères avec la thrombine et leur spécificité vis-à-vis de la prothrombine et des inhibiteurs de la thrombine ont été étudiés par résonance par plasmons de surface. Ces travaux ont démontré la faible spécificité de l'aptamère HD1 vis-à-vis de la thrombine, et la présence d'interactions non-spécifiques avec la prothrombine, les inhibiteurs naturels de la thrombine et l'albumine. Inversement, nous avons observé une bonne affinité de l'aptamère HD22 avec la même liste de cible. Parallèlement, nous avons évalué des stratégies d'intégration d'aptamères dans des dispositifs d'analyse. Le principe de reconnaissance a ensuite été validé et la possibilité de détecter la thrombine dans des gammes de concentration de 5 à 500nM a été démontrée. Enfin, afin d'augmenter la spécificité de la détection de la thrombine, nous avons proposé une nouvelle approche basée sur l'ingénierie de structures dimères interconnectant HD1 et HD22. / Thrombin is the central enzyme in the process of hemostasis. Normally, in vivo concentration of thrombin is rigorously regulated; however, clinically impaired or unregulated thrombin generation predisposes patients either to hemorrhagic or thromboembolic complications. Monitoring thrombin in real-time is therefore needed to enable rapid and accurate determination of drug administration strategy for patients under vital threat. Aptamers, short single-stranded oligonucleotide ligands represent promising candidates as biorecognition elements for new-generation biosensors. The aim of this PhD work therefore is to investigate different solutions for the integration of thrombin-binding aptamers in point-of-care devices for continuous monitoring of thrombin in plasma. The kinetics of aptamer interaction with thrombin and specificity towards prothrombin and thrombin - inhibitor complexes was rigorously investigated using Surface Plasmon Resonance. These experiments unveiled the complex character of interaction of the HD1 with thrombin, confirming nonspecific interactions with prothrombin, natural inhibitors of thrombin, serum albumin whereas another 29-bp aptamer HD22 proved to be highly affine and specific towards thrombin. On the other hand we explored aptamer integration options. We validated the principle and at the same managed to detect different concentrations of thrombin (5-500 nM). We finally proposed a novel approach to increase sensitivity and specificity for thrombin detection based on the engineering of aptadimer structures bearing aptamers HD1and HD22 interconnected with a nucleic acid spacer.

L'hypertension pulmonaire (HTP) est une affection marquée par une dysfonction endothéliale et des thromboses in situ. L'état hypercoagulable a souvent été postulé mais il n'a jamais été clairement été démontré. Notre objectif principal était de déterminer si les patients atteints d'hypertension artérielle pulmonaire idiopathique (HTAPi), d'hypertension artérielle associée (HTAP associée) ou d'hypertension pulmonaire secondaire à une maladie respiratoire présentaient une hypercoagulabilité in vitro grâce la thrombinographie. Le second objectif de ce travail était d'étudier la dysfonction endothéliale chez les patients atteints d'HTAPi. Nous avons montré que certains patients atteints d'HTAPi présentent une hypercoagulabilité in vitro. Par contre nous n'avons pas pu montrer d'hypercoagulabilité dans les autres groupes de patients. La maladie sous-jacente pourrait expliquer en partie la différence mais cela reste encore à établir. Nous avons également montré que les patients atteints d'HTAPi ont une dysfonction endothéliale marquée par une augmentation du facteur von Willebrand, du Tissue Factor Pathway Inhibitor et une diminution de la thrombomoduline. / Pulmonary hypertension (PH) is an affection with an endothelial dysfunction and in situ thromboses. Hypercoagulable state was postulated but was never clearly demonstrated. Our main objective was to determine if patients with idiopathic pulmonary arterial hypertension (iPAH), associated PAH or PH of respiratory diseases had in vitro hypercoagulability with calibrated automated thrombography (CAT). The second objective was to study the endothelial dysfunction in patients with iPAH. We have shown that some patients with iPAH had a hypercoagulable state in vitro. But patients of the other groups had no hypercoagulability. The underlying disease could explain at least in part the difference but it still remain to establish. We have shown that patients with iPAH had an endothelial dysfunction with increase of von willebrand factor, Tissue Factor Pathway Inhibitor and decrease of thrombomodulin

Les biosenseurs basés sur des aptamères quadruplexes comme celui de la thrombine (TBA) recourent souvent à l’élongation de l’aptamère. La flexibilité accrue de l’aptamère-sonde facilite la reconnaissance de la cible et améliore donc sa détection. Or le reploiement des structures quadruplexes est influencé notamment par l’ajout de nucléotides à leur extrémité. Du fait de l’importance de la structure de la sonde pour la reconnaissance, nous avons dans un premier temps comparé le type de reploiement adopté par 2 séquences allongées, GTA GGT TBA et TTT TTT TBA, à celui de TBA et ce en présence de différents cations (Ba2+, Ca2+, K+, Mg2+, Na+, NH4+, Rb+ et Sr2+). La stabilité thermique de ces structures a aussi été étudiée. Nous avons montré qu’alors que TBA se reploie toujours en un quadruplexe anti-parallèle, les séquences allongées peuvent également adopter une conformation parallèle. Les différences entre les résultats obtenus avec les deux séquences allongées indiquent que, contrairement à ce qui se fait dans la littérature, le choix de ces nucléotides devrait être effectué en fonction de la structure adoptée par la sonde allongée dans les conditions d’interaction envisagées.<p><p>La deuxième partie du travail a porté sur l’interaction entre les aptamères et le [Ru(NH3)6]3+, fréquemment utilisé pour quantifier des sondes ADN immobilisées. Nos mesures mettent en évidence un comportement électrochimique inédit pour le [Ru(NH3)6]3+ en interaction avec les aptamères. La notion de [Ru(NH3)6]3+ « confiné » a été introduite pour distinguer cette interaction du cas purement électrostatique bien connu. La stœchiométrie d’interaction entre le [Ru(NH3)6]3+ confiné et la partie quadruplexe des séquences d’aptamère a été évaluée à 2 complexes métalliques par quadruplexe et confirmée, en solution, par dichroïsme circulaire (CD). Ces mesures montrent aussi que ce marqueur redox déstabilise la structure quadruplexe anti-parallèle de TBA et que pour les séquences GTA GGT TBA et TTT TTT TBA, il stabilise des structures quadruplexes parallèles. Dans le cas des séquences allongées, l’interconversion entre les structures parallèles et anti-parallèles a été suivie par CD lors d’une compétition ionique entre les cations [Ru(NH3)6]3+ et K+.<p><p>Sur base des différentes interactions mises en évidence entre le [Ru(NH3)6]3+ et les aptamères, diverses pistes de détection de la thrombine ont été explorées. Les conditions d’immobilisation des sondes ont été optimisées sur base des dimensions de la thrombine. La détection de cette protéine cible a été réalisée avec succès d’une part en exploitant l’interaction purement électrostatique du [Ru(NH3)6]3+ et d’autre part grâce à la formation de [Ru(NH3)6]3+ confiné.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La fibrillation atriale (FA) est l’arythmie cardiaque la plus fréquente. Elle se caractérise par une contraction désorganisée des oreillettes ainsi que des modifications structurelles du myocarde. La dysfonction endothéliale entretenue par une inflammation active la coagulation et la production de thrombine, favorisant la formation de thrombus intra-auriculaire. La prévention des accidents thromboemboliques est donc un enjeu majeur dans la prise en charge de la FA et se fait par prescription d’anticoagulants oraux dont un inhibiteur direct de thrombine (IDT), le dabigatran. Notre hypothèse est que la thrombine en excès entretient les modifications structurelles myocardiques via le récepteur PAR-1 (Protease activated receptor-1) des cellules circulantes et myocardiques. L’objectif est d’identifier la voie de signalisation de la thrombine impliquée dans le remodelage atrial. Dans un modèle de dilatation atriale associée à un substrat arythmogène et une hypercoagulabilité, l’administration d’IDT ou d’antagonistes du PAR-1 réduisent la dilatation et la susceptibilité arythmique de l’oreillette gauche. Ces traitements inhibent l’induction des marqueurs de réponse hypertrophique myocytaire, β-MHC et BNP et de remodelage matriciel, PAI-1 et CTGF. Avec des cultures d’explants d’oreillettes gauches, nous montrons que ces modifications phénotypiques sont induites par la voie Rho/ROCK et le facteur de transcription STAT3. Nos résultats indiquent aussi que l’expression et l’activité des récepteurs ErbB, connus pour être transactivés via le PAR-1, sont modifiées au cours du développement de la dilatation atriale. La thrombine participe à ces variations uniquement lorsque le remodelage atrial est établi. Ces résultats montrent que la thrombine participe au remodelage atrial associé à un substrat arythmogène, et que les IDT et les antagonistes PAR-1 sont des agents thérapeutiques potentiels pour prévenir le développement de la dilatation atriale. / Atrial fibrillation (AF) is the most common cardiac arrhythmia. It is characterized by a disorganized and ineffective contraction of the atria and structural changes of the myocardium. Endothelial dysfunction, maintained by inflammation, activate the coagulation cascade and thrombin generation, promoting intra-atrial thrombus formation. Prevention of thromboembolism is a major issue in the management of AF and is done by long-term prescription of oral anticoagulants among which a direct thrombin inhibitor, dabigatran. Our hypothesis is that excess thrombin maintains structural changes in the myocardium via the PAR-1 receptor (protease activated receptor-1) of circulating and myocardial cells. The objective is to identify the signaling pathway of thrombin involved in the atrial remodeling. In an atrial dilatation model associated with arrhythmogenic substrate and hypercoagulability, administration of direct thrombin inhibitors or antagonists of PAR-1 oral reduce expansion and arrhythmic susceptibility of the left atrium. These treatments inhibit the induction of myocyte hypertrophic response markers, β-MHC and BNP and remodeling of the extracellular matrix markers, CTGF and PAI-1. With explant of left atria culture, we show that these phenotypic changes are induced by the Rho pathway / ROCK and STAT3 transcription factor. Our results also indicate that the expression and activity of ErbBs receptors known to be transactivated via PAR-1, are modified during development of atrial dilatation. Thrombin participates in these changes only when the atrial remodeling is established. These results show that thrombin participates in atrial remodeling associated with an arrhythmogenic substrate, and direct thrombin inhibitors and PAR-1 antagonists are potential therapeutic agents to prevent the development of atrial dilation.

L’objectif était d’identifier le ou le(s) mécanismes contribuant à l’hypercoagulabilité associée aux anticorps anti-phospholipides. L’activation plaquettaire induite par les anticorps ainsi que l’interférence des complexes anticorps/antigène avec les réactions dépendantes des phospholipides ont été étudiées. Des anticorps monoclonaux murins dirigés contre la ß2-glycoproteine I et la prothrombine ont été utilisés comme modèle des anticorps anti-phospholipides. Les résultats obtenus montrent que ces anticorps ont un effet anticoagulant qui se traduit par une diminution de la génération de thrombine et un effet procoagulant qui se traduit par une inhibition de l’activité de la protéine C activée. Ces anomalies surviennent indépendamment de l’activation plaquettaire. La résultante globale est une hypercoagulabilité. Une activation plaquettaire, suffisamment intense, augmente la quantité de phospholipides procoagulants et neutralise partiellement l’effet anticoagulant des anticorps anti-phospholipides. Ainsi, l’activation plaquettaire contribue à renforcer l’hypercoagulabilité due à la résistance à la protéine C activée. Les complexes anticorps/antigène interfèrent avec les complexes pro- et anticoagulants au niveau des surfaces plaquettaires. Les avidités respectives de chacun des partenaires étudiés pour les surfaces phospholipidiques participent aux mécanismes conduisant à l'hypercoagulabilité associée aux anticorps anti-phospholipides. / The objective was to identify the mechanisms which contribute to the hypercoagulability associated with anti-phospholipid antibodies. Antibody-mediated platelet activation and interference of antibodies with phospholipid-dependent reactions were investigated. Murine monoclonal antibodies directed against ß2-glycoprotein I and prothrombin were used as model of anti-phospholipid antibodies. An anticoagulant effect, evidenced by impairment of thrombin generation and a procoagulant effect, by inhibition of activated protein C activity were shown. These phenomena occurs independently of platelet activation. The overall result was hypercoagulability. When immune-mediated platelet activation is sufficiently intense, it increases the amount of procoagulant phospholipids and antagonizes partially the anticoagulant effect of anti-phospholipid antibodies. Thus platelet activation contributes to reinforce the hypercoagulability due to activated protein C resistance. The antibody/antigen complexes interfere with pro- and anticoagulant complexes to the platelet surfaces. The avidity of each studied partners for the phospholipid surfaces take part in the mechanisms leading to hypercoagulability associated with antiphospholipid antibodies.

L'allongement de l'espérance de vie a fait de l'insuffisance cardiaque (IC) l'un des problèmes majeurs de santé publique. Le syndrome métabolique (SMet) et l'hypertension sont deux facteurs conduisant à l'IC. Les modifications qui interviennent au niveau structural et cellulaire de la paroi artérielle dans le SMet, l'hypertension et l'IC pourraient entraîner des anomalies de l'hémostase qui aggravent ces tableaux cliniques. Nous avons montré au cour de ce travail les modifications du phénotype de l'hémostase dans différents modèles animaux de pathologies impliquées dans la mise en place de l'IC. L'altération de l'hémostase précède les modifications de la paroi et pourrait favoriser le développement de l'IC chez le rat Zucker. Le modèle de rat spontanément hypertendu SHR présente une hypercoagulablité de la paroi via les cellules musculaires lisses. Ces résultats ne permettent pas d'impliquer uniquement l'hypertension artérielle dans l'hypercoagulabilité plasmatique trouvée chez le rat Zucker. L'activation du récepteur à l'aldsotérone au niveau endothélial chez la souris induit un phénotype antithrombotique provoqué par une augmentation de la réactivité du système anticoagulant de la protéine C, via son récepteur, l'EPCR. L'étude d'une cohorte de patients insuffisants cardiaques a permis de distinguer des paramètres de fonction cardiaque et de rigidité artérielle. Cette caractérisation est indispensable pour comprendre les mécanismes des événements thrombotiques associés à l'IC. La conclusion de ce travail est que les pathologies pouvant conduire à la mise en place d'une IC modifient l'hémostase vers un état d'hypercoagulabilité qui fait intervenir la paroi artérielle / Increasing life span has made heart failure (HF) a major issue for public health. The metabolic syndrome (MetS) and hypertension are two important factors which can lead to HF. Structural and cellular modification occurring in the arterial wall in the MetS, hypertension and HF may provoke hemostasis alterations that can worsen the clinical situation. We have shown in this work, hemostasis modifications in animal models of pathologies implicated in HF development. Hemostasis alterations were shown to precede functional modifications of the arterial wall and could favor HF development in Zucker rats. Spontaneously hypertensive rats showed an arterial wall hypercoagulability via smooth muscle cells. These results don't permit the implication of hypertension in the hypercoagulable state found in the Zucker rat. A mouse model with aldosterone receptor activation in the endothelium lead to a hypocoagulable state by increasing the protein C anticoagulant system via his receptor, the EPCR. Studying a human HF patient cohort permitted the measurement of cardiac function and of arterial stiffness parameters. This characterization is important to understand thrombosis events associated with HF in humans. The general conclusion of this work is that, in pathologies leading to HF, modification of hemostasis to a procoagulable state, implicates the arterial wall

La thrombine, une protéase à sérine connue pour être l'acteur clé de la cascade de coagulation, a été décrite pour réguler les processus apoptotiques au niveau du côlon via l'activation de récepteurs activés par des protéases ou PARs (Protease-Activated Receptors). Cependant, les effets de la thrombine sur la cellule épithéliale colique n'ont été étudiés qu'en utilisant des lignées cellulaires. Les conséquences d'une exposition à différentes doses de thrombine sur un épithélium complexe, composés de différents types cellulaires plus ou moins différenciés sont inconnues à ce jour. Un nouveau modèle cellulaire, nommé organoïde, permet de reconstituer un épithélium colique fonctionnel en 3-dimensions (3D) à partir de résections ou de biopsies humaines, et ce, grâce aux capacités d'auto-renouvellement et de différenciation des cellules souches issues des cryptes coliques. Le 1er objectif de ma thèse a été d'évaluer les effets de la thrombine sur la survie, la prolifération, l'apoptose et la différenciation de l'épithélium colique humain, en utilisant le modèle organoïde. Puis, de déterminer l'implication des récepteurs PAR1 et PAR4 activés par la thrombine dans ces effets. Ainsi, l'ajout de thrombine (à faible dose : 10mU/mL et à forte dose : 50mU/mL) sur une culture d'organoïdes établis à partir de tissus colorectaux normaux entraîne une diminution de moitié de l'activité métabolique et de la prolifération cellulaire. Ces effets sont bloqués en présence d'un antagoniste de PAR1. Le processus apoptotique est, cependant, augmenté d'un facteur 8 en réponse à la thrombine (aux deux doses). Ce processus est inhibé en présence d'antagoniste de PAR1 ou de PAR4. Concernant la différenciation épithéliale, la thrombine diminue le nombre de colonosphères (structures immatures), au profit d'une augmentation du nombre de structures apoptotiques et de colonoïdes (structures plus matures présentant des néo-cryptes). Cet effet est dû à l'activation à la fois de de PAR1 et de PAR4 dans les cellules épithéliales coliques. Mes résultats démontrent que la thrombine exogène agit sur les processus d'apoptose, de prolifération et de différenciation sur un épithélium complexe, issu de la culture de tissus humains. L'utilisation de ce modèle ex vivo permet de comparer les organoïdes pathologiques et normaux, voire de tester les effets d'approches pharmacologiques et de nouveaux médicaments sur ces cultures. Ainsi, la 2nde partie de ce travail de thèse a été d'aborder la mise en place des conditions de culture et d'imagerie nécessaires pour réaliser un screening à haut débit robuste et reproductible, HCS (High-Content Screening), appliquée aux organoïdes. Les conditions de culture d'organoïdes en plaques 96-puits ont été mises au point de même que les conditions permettant d'acquérir des images répondant aux critères nécessaires pour une analyse via un système HCS. Le système Operetta HCS couplé au logiciel d'analyse Harmony (PerkinElmer) a été utilisé pour mettre en place une procédure d'analyse permettant de reconnaître les organoïdes, de les dénombrer, de les classer selon leur état de différenciation et de suivre leur croissance tout au long de la culture. Pour conclure, ces travaux de thèse ont permis de mettre en évidence les effets de la thrombine sur l'état métabolique, l'apoptose et la différenciation de l'épithélium colique humain, grâce au modèle 3D ex vivo d'organoïdes colorectaux. L'utilisation de ce modèle complète les approches jusque-là effectuées dans des modèles de lignées de cellules épithéliales, proposant une vision intégrée du comportement d'un épithélium complexe humain. L'approche HCS initiée lors de ces travaux de thèse pourrait permettre d'analyser de façon robuste et automatisée dans ce modèle, les effets d'autres composés et avoir ainsi un impact majeur sur notre compréhension des pathologies épithéliales et sur les tests de nouvelles approches thérapeutiques. / Thrombin, a serine protease known for its role in the coagulation cascade, was described for its effects on the induction of apoptosis in colonic epithelial cell lines, through the activation of Protease Activated Receptors (PARs). However, the effects of thrombin on complex epithelial structures such as the human intestinal epithelium composed of different cell types and cells at different stages of differentiation, has never been investigated. A new cellular model, named organoid, enables to reconstitute a functional epithelium in 3-dimensions (3D), from human resections or biopsies, thanks to the self-renewal and differentiation properties of stem cells isolated from colonic crypts. The first objective of this thesis was to evaluate thrombin's effects on survival, proliferation, apoptosis and differentiation in human colonic epithelium, using the organoid model. Then, we aimed to determining the implication of PAR1 and PAR4 in the thrombin's effects. Thus, thrombin added (at low dose: 10mU/mL and higher dose: 50mU/mL) to organoid cultures from control patients, led to a decrease by half of metabolic activity and cell proliferation. These effects were blocked by the addition of a PAR1 antagonist. Apoptotic process was 8-fold higher in organoid cultures exposed to thrombin (both doses) and this effect was inhibited by the addition of a PAR1 or a PAR4 antagonist. As per epithelial differentiation, thrombin decreased the number of colonospheres (immature structures) favoring the increase of apoptotic structures and colonoids (budding structures considered as more mature). This effect was due to PAR1 and PAR4 activation as again, it was blocked both by PAR1 and PAR4 antagonist. Taken together, these results reveal that exogenous thrombin acts on apoptosis, proliferation and differentiation processes in complex human colonic epithelium. The use of this ex vivo model will allow to compare pathological versus normal organoid cultures, but also to test the effects of pharmacological approaches and new treatment options directly in cultured human tissues. Thus, the 2nd part of this thesis was to setup the best culture conditions and the best imaging conditions to perform a robust and reproducible screening approach, HCS (High-Content Screening), using organoid cultures. Culture conditions in 96-well plates were set up and allowed to acquire images with the HCS system. Operetta HCS coupled to an analysis software (Harmony, PerkinElmer) was used to develop a specific program enabling the recognition of organoids, their counting, their classification according to their differentiation status and enabling to follow organoid growth in cultures. To sum up, the work performed allowed to highlight the effects of thrombin on metabolic status, apoptosis and differentiation of human colon epithelium, using an ex vivo 3D organoid model. The use this model nicely completed epithelial cell line approaches, offering an integrated view of the complex behavior of human epithelium. The HCS approach initiated within this thesis should allow the automated analysis of a number of drugs and treatments. It should help our understanding of epithelial pathologies and the testing of new therapeutic approaches.