Le présent mémoire comportait deux buts expérimentaux principaux. Tout d'abord, nous avons fait l'étude in vivo du remodelage à long terme du réseau microvasculaire de la peau reconstruite endothélialisée suite à sa transplantation chez la souris. La peau reconstruite endothélialisée est un biopolymère tridimensionnel constitué en majeur partie de collagène bovin sur lequel nous cultivons des fibroblastes, des kératinocytes et des cellules endothéliales d'origine humaine afin de développer un modèle expérimental comportant des caractéristiques similaires à celles présentées par la peau normale humaine. Nous avons observé une diminution progressive de la quantité de tabules d'origine humaine au sein du greffon au profit de capillaires murins qui ont envahi ce dernier et lui ont permis de s'intégrer au sein des tissus hôtes. Ces résultats montrent que notre peau reconstruite est vascularisée par les vaisseaux hôtes et que cette dernière pourrait donc éventuellement être utilisée à des fins thérapeutiques afin de recouvrir des plaies présentant une perte tissulaire importante. Le deuxième but visé était de développer à partir de notre PRL un modèle de culture de cellules malignes mélanocytaires. Des cellules tumorales provenant de lésions primaires et de sites métastatiques ont été cultivées sur les PRL pendant un total de 31 jours. Ces dernières ont bien proliféré au sein du biopolymère et la quantité ensemencée a influencé la densité de capillaires retrouvée au sein du modèle in vitro. Ces résultats nous indiquent que notre PRL pourrait devenir un bon modèle expérimental nous permettant d'étudier la physiopathologie cancéreuse ainsi que les interactions existant entre les cellules tumorales et le réseau micro-vasculaire de leur environnement.

The development of functional and oriented microvessels within tissue constructs is a tremendous challenge in tissue engineering and regenerative medicine. It is justified by the need to allow better nutrient and oxygen supply and waste removal within the core of tissue constructs. It is one of the reasons why only few tissue substitutes are available to clinicians. Therefore, the focus of many research studies in the field of tissue engineering has been placed on promoting microvessel ingrowth inside tissue constructs prior to their implantation, as presented in Chapter 1. This process is often referred to as pre-vascularization. As such, Chapter 2 of this thesis is devoted to review the recent development and future challenges related to the microvascularization process of tissue constructs.The experimental work in this thesis is based on the hypothesis that polymer monofilaments precisely distanced from each others can be used to guide endothelial cells when dispersed in a (fibrin) gel and to induce tube-like structures in a directional fashion. In Chapter 3 of this thesis, the use of polymer fibres as contact guidance of endothelial cells to orient microvessel formation and development in a three-dimensional environment was validated.The novel cell attachment method described in Chapter 3 has resulted in an increase in Human Umbilical Vein Endothelial Cell (HUVEC) adhesion and spreading on bare poly(ethylene terephthalate) (PET) fibres. Furthermore, HUVEC-covered fibres were sandwiched between fibrin gels to allow the development of microvessels. Angiogenesis development was characterized and evaluated using a number of imaging techniques, including fluorescence microscopy and confocal microscopy. After 4 days of culture, microvessels formed large tube-like structures (diameter of approximately 100 [micro]m) between adjacent fibres distanced by 0.1mm. This proof-of-concept opens the door to other experiments and to possibility of scaling the system to bioreactor cultures. In Chapter 4, the effect of human fibroblasts and in another set of experiments, the influence of two angiogenic growth factors (i.e., Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) and basic Fibroblast Growth Factor (bFGF)) over the responses of the HUVEC-covered fibres sandwiched in fibrin were investigated.The development and maturation of microvessels as well as the assessment of lumen formation were evaluated using a fluorescent fibrin matrix, confocal microscopy and histology. Histology and fluorescent fibrin experiments confirmed that these microvessel-like structures formed between polymer monofilaments embedded in fibrin contained a lumen.The effects of VEGF and bFGF were dose dependent. Furthermore, the use of fibroblasts significantly improved the maturation of the microvessels compared to control and to samples cultured with VEGF and bFGF. Conclusions and suggested future work are presented in Chapter 5. Appendices A and B present the detailed protocols used to label cells in this study and general information about cell cytoskeleton, respectively.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

La segmentation des structures vasculaires dans les images médicales est une étape complexe mais fondamentale pour l'aide au diagnostic et au traitement. Dans ce contexte, les techniques de traitement d'images facilitent la tâche des experts médicaux en minimisant les interactions manuelles tout en réduisant la variabilité inter-opérateurs. Nous présentons tout d'abord un état de l'art des méthodes de segmentation vasculaire 3D organisé suivant trois axes: modèles géométriques et d'apparence, primitives extraites des images et schémas d'extraction. Nos travaux se focalisent sur une problématique particulièrement complexe, la segmentation des artères coronaires en imagerie tomodensitométrique 3D. Nous proposons un modèle géométrique axial, évalué dans l'image grâce à une primitive fondée sur le flux de gradient à fort pouvoir discriminant et faible coût calculatoire. Nous dérivons ensuite un modèle bayésien récursif appris de façon non paramétrique sur une base de segmentations manuelles. Nous proposons enfin deux schémas d'extraction. Le premier met en œuvre une procédure d'optimisation discrète sur graphe fondée sur la propagation de chemins minimaux 4D (position spatiale 3D de l'axe vasculaire plus rayon associé). Il exploite une nouvelle métrique cumulative dérivée de notre modèle bayésien. Notre deuxième schéma repose sur une approche de suivi stochastique par méthode de Monte-Carlo séquentielle estimant la distribution a posteriori de notre modèle bayésien. Une attention particulière est donnée à la robustesse et l'efficacité calculatoire de nos algorithmes. Ceux-ci sont évalués qualitativement et quantitativement sur une base de données cliniques de grande taille.

Th.--Méd.--Nancy 1, 1983. N°: 137.

La polyarthrite rhumatoïde (PR) est le rhumatisme chronique le plus fréquent caractérisé par une augmentation du risque de mortalité cardiovasculaire (CV). Ce sur-risque est la conséquence d’une athérogenèse accélérée, mais aussi d’atteintes microvasculaires, secondaires à une dysfonction endothéliale (DE). La réversibilité de la DE en fait une cible thérapeutique pertinente pour réduire la surmortalité en cas de PR. Ces dernières années, la physiopathologie de la DE au niveau des artères de conductance a été comprise grâce aux modèles animaux d’arthrite, principalement par le modèle d’arthrite induite à l’adjuvant (AIA). Toutefois, les effets du méthotrexate (MTX), traitement de première intention de la PR, sur la DE sont toujours inconnus. De même, les études sur la DE des vaisseaux coronariens et cérébraux font défaut.L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier les effets du MTX sur la DE aortique et de comprendre les mécanismes impliqués, mais aussi d’explorer et caractériser la DE au niveau des artères cérébrales moyennes et des artères coronaires dans le modèle AIA chez le rat.Dans une première étude, nos résultats ont montré qu’un traitement de 21 jours par MTX (1 mg/kg/semaine) n’améliore pas la DE aortique en dépit d’effets positifs surla sévérité clinique et l’inflammation systémique.Dans une seconde étude, nos données révèlent que le modèle AIA est associé à une DE au niveau des artères cérébrales moyennes, avec un rôle déterminant de la suractivité de l’arginase, comme en témoigne la capacité d’un traitement par nor-NOHA (40 mg/kg/jour), un inhibiteur d’arginase, à complétement inverser la DE cérébrovasculaire.Dans une troisième étude, nous avons démontré que le modèle AIA est caractérisé par une DE coronarienne positivement corrélée avec les taux plasmatiques d’endothéline-1 et d’angiotensine II, par une inflammation et une hypertrophie cardiaque, et une augmentation de la susceptibilité à l’ischémie myocardique.En conclusion, nos données montrent que les effets positifs du MTX sur le risque CV ne sont pas dus à une amélioration de la DE aortique, soulignant la nécessité de trouver des traitements ciblant spécifiquement le système CV en tant que traitements adjuvants des médicaments antirhumatismaux actuels. De plus, nos données montrent que le modèle AIA est un bon modèle pour mimer les atteintes cardiaques et cérébrovasculaires et pour étudier l’impact des nouveaux traitements visant à réduire le risque CV dans la PR. / Rheumatoid arthritis (RA) is the more frequent chronic rheumatism characterized by an increased risk of cardiovascular (CV) mortality. This over-risk is the consequence of accelerated atherosclerosis, but also of microvascular damages, secondary to an endothelial dysfunction (ED). The reversibility of the ED makes of it a relevant therapeutic target to reducing excessive mortality in RA. In recent years, pathophysiology of ED in conductance arteries has been understood thank to animal models of arthritis, mainly the adjuvant-induced arthritis (AIA) model in rats. However, the effects of methotrexate (MTX), first-line treatment in RA, on ED are still unknown. Likewise, studies on ED of the coronary and cerebral vasculature are lacking.The aim of this thesis work was to study the effect of MTX on aortic ED and to dissect the mechanisms involved, but also to explore and characterize ED on MCA and coronary arteries in the widely-used model of adjuvant-induced arthritis (AIA) in rats.In a first study, our results showed that a 21-days treatment with MTX (1 mg/kg/week) did not improveaortic ED despite positive effects on clinical severity and systemic inflammation.In a second study, our data reported that the AIA model was associated with ED in middle cerebral arteries, involving a seminal role of arginase upregulation, as attested by the capacity of a treatment with nor-NOHA (40 mg/kg/day), an arginase inhibitor, to fully reverse cerebrovascular ED.In a third study, we demonstrated that the AIA model was characterized by a coronary ED positively correlated to plasma levels of endothelin-1 and angiotensin II, by a cardiac inflammation and hypertrophy, and an increased susceptibility to myocardial ischemia.In conclusion, our data indicate that positive effects on CV risk of MTX do not involve improving aortic ED, underlying the necessity to find accurate therapies targeting specifically the CV system as adjuvant treatments to the current anti-rheumatic drugs. Moreover, our data showed that the AIA model is relevant for mimicking cardiac and cerebrovascular impairments, and to study the impact of new treatments for reducing CV risk in RA.

Les microangiopathies cérébrales regroupent une large variété de maladies de petits vaisseaux dont l'étiologie diffère, mais dont l'une des principales caractéristiques est la neurodégénérescence et le déclin cognitif accompagnés par une activation de la réponse inflammatoire. Les microangiopathies cérébrales sont à l'origine des microlésions qui participeraient à la démence vasculaire (DVa) et dont la prévalence augmente dans la maladie d'Alzheimer (MA). Les démences affectent particulièrement les femmes et malheureusement, il n'existe aucun traitement curatif. L'inflammation associée aux microangiopathies cérébrales engage l'activation des microglies et le recrutement de monocytes. Ces derniers se divisent en deux sous-types, les monocytes classiques qui sont activement retrouvés au niveau des sites inflammés et contribuent à la réponse inflammatoire et les monocytes non-classiques impliqués dans le maintien de l'homéostasie vasculaire. Le rôle des monocytes non-classiques dans la pathogenèse des microangiopathies cérébrales reste cependant inconnu. Ainsi, nous postulons que les microangiopathies cérébrales modulent la cascade neurodégénérative en régulant l'inflammation et les fonctions neurovasculaires dépendamment du sexe biologique. Nous avons développé trois objectifs majeurs, à savoir l'impact des microinfarctus associés aux microangiopathies cérébrales sur l'amyloïdopathie de la MA ainsi que le rôle des monocytes non-classiques dans deux types de microangiopathies cérébrales soit les microangiopathies cérébrales sporadiques et l'angiopathie amyloïde cérébrale (AAC) associée à la MA. Bien que plusieurs études aient montré la présence de microlésions associées aux microangiopathies cérébrales dans la MA aucune ne permet de mettre en évidence une corrélation entre les deux pathologies ce qui fait donc l'objet de notre première étude. C'est pourquoi nous avons induit dans un premier temps des microinfarctus chez des souris transgéniques APP/PS1 mâles et femelles âgés de 5 mois, un âge qui représente le stade précoce de la pathologie amyloïde s'apparentant à la MA chez ces souris, et évalué l'impact sur l'amyloïdopathie, la cognition, le débit sanguin cérébral, l'inflammation et l'expression de Dickkopf-1 (DKK1) à l'aide de techniques variées. Nos résultats indiquent que l'amyloïdopathie de la MA et les microinfarctus associés aux microangiopathies cérébrales évoluent en parallèle. En effet, l'induction des microinfarctus chez les souris APP/PS1 ne développant que l'amyloïdopathie, via l'obstruction des artérioles cérébrales pénétrantes par des microemboles, réduit le dépôt d'amyloïde β (Aβ) chez les deux sexes étudiés. Ceci pourrait être le résultat de l'activation et du recrutement de cellules inflammatoires, microglies et monocytes non-classiques, retrouvées au niveau des plaques d'Aβ et des sites lésionnels associés aux microinfarctus. De plus, le blocage des artérioles perforantes impacte différemment le débit sanguin cérébral chez les deux sexes, dont sa régulation optimale est essentielle au bon fonctionnement cérébral. En effet, les mâles présentent une hypoperfusion en phase aiguë et une hyperperfusion en phase chronique après microlésions, ce qui montre une dérégulation à long terme du débit sanguin cérébral. Ceci pourrait participer aux déficits cognitifs rapides et prolongés observés. Au contraire, les femelles présentent une hypoperfusion en phase aiguë qui se normalise en phase chronique ce qui montre une dérégulation transitoire du débit sanguin cérébral et expliquerait en partie le recouvrement des capacités cognitives. D'autre part, l'expression de DKK1, une protéine jouant un rôle central dans la MA et les ischémies, est fortement induite au niveau des sites lésionnels dans le cerveau des souris mâles APP/PS1, tandis que son expression était réduite chez les femelles. Cette différence d'expression résulterait en un déclin cognitif rapide et prolongé chez les mâles et un déclin lent et transitoire chez les femelles, puisque DKK1 est une protéine inhibitrice de la voie canonique Wnt impliquée dans le maintien des fonctions cérébrales. Nos résultats suggèrent que les microinfarctus multifocaux aggravent le déclin cognitif associée à l'amyloïdopathie de la MA chez les jeunes mâles comparativement aux jeunes femelles qui sont protégées, probablement par les hormones sexuelles féminines indépendamment de la déposition de l'Aβ via la modulation du couplage neurovasculaire, de la réponse inflammatoire et de l'expression de DKK1 qui est physiologiquement réprimée par les œstrogènes. Le rôle des monocytes non-classiques retrouvés aux sites lésionnels après microangiopathies cérébrales reste méconnu et a fait l'objet des deux études suivantes. Nos investigations ont été menées sur des souris chimériques qui nous permettent de suivre les monocytes dérivés de la moelle osseuse grâce à l'expression d'un gène rapporteur, green fluorescent protein (GFP) et de manipuler leurs fonctions. Nos résultats indiquent que la dérégulation des fonctions des monocytes non-classiques exacerbe le dysfonctionnement neurovasculaire après microangiopathies cérébrales. Toutefois, leur stimulation en utilisant le muramyl dipeptide (MDP) qui est un agent immunomodulatoire synthétique, améliore les fonctions neuronales en préservant l'intégrité microvasculaire, permettant ainsi le recouvrement des capacités mnésiques. Ceci démontre que la stimulation des monocytes non-classiques pourrait être une avenue thérapeutique à explorer pour le traitement des microangiopathies cérébrales. Dans ce sens, la troisième étude dans cette thèse visait à étudier le rôle des monocytes non-classiques dans la modulation de l'AAC associée à la MA chez la souris APP/PS1. En effet, dans cette étude nous résultats montrent que la stimulation des monocytes non-classiques avec l'ARA290 qui est un analogue non-érythropoïétique durant les stades précoces de l'amyloïdopathie associée à la MA réduit l'AAC ainsi que le dépôt d'Aβ dans le parenchyme du cerveau des souris APP/PS1. Ceci a été accompagné par une amélioration des capacités cognitives des souris associée à une augmentation de la fréquence des monocytes non-classiques dans la circulation sanguine. En utilisant l'imagerie intravitale, nous avons démontré que les monocytes non-classiques sont impliqués dans l'élimination des microagrégats vasculaires d'Aβ. La déplétion spécifique des monocytes non-classiques en utilisant des souris chimériques a atténué les effets bénéfiques du ARA290. Ensemble, ces résultats nous communiquent de nouvelles informations quant au rôle des interactions immunovasculaires après microangiopathies cérébrales dans la pathobiologie et le traitement des démences. / Cerebral microangiopathies include a wide variety of diseases of the small vessels whose etiology differs, but one of their main characteristics is neurodegeneration and cognitive decline accompanied by an activation of the inflammatory response. Cerebral microangiopathies are at the origin of the microlesions that contribute to vascular dementia (VaD) and whose prevalence increases in Alzheimer's disease (AD). Dementia particularly affects women and unfortunately, there is no curative treatment. Inflammation associated with cerebral microangiopathies includes activation of microglia and recruitment of monocytes. The latter are divided into two subtypes, classical monocytes which are actively found at the inflamed sites, actively contributing to the inflammatory response, and non-classical monocytes involved in the maintenance of vascular homeostasis. The role of non-classical monocytes in the pathobiology and therapy of cerebral microangiopathies remains unknown. Thus, we postulate that cerebral microangiopathies modulate the neurodegenerative cascade by regulating inflammation and neurovascular functions depending upon the biological sex. We have developed three major objectives, namely the impact of microinfarctions associated with cerebral microangiopathies on amyloid-β (Aβ) pathology in AD as well as the role of non-classical monocytes in two types of cerebral microangiopathies, the sporadic cerebral microangiopathies and cerebral amyloid angiopathy (CAA) associated with AD. Although several studies have outlined the presence of microlesions associated with cerebral microangiopathies in AD, none allows assessing the correlation between the two pathologies, which is therefore the subject of our first study. For this purpose, we induced first microinfarcts in 5-month-old male and female APP/PS1 transgenic mice, an age representing the early stage of AD-like pathology in these mice, and evaluated the impact on Aβ pathology, cognition, cerebral blood flow (CBF), inflammation, and Dickkopf-1 (DKK1) expression using of various techniques. Our results indicate that Aβ pathology and microinfarcts associated with cerebral microangiopathies evolve in parallel. Indeed, the induction of microinfarcts in APP/PS1 mice developing only Aβ pathology, via the obstruction of penetrating cerebral arterioles by microemboli, attenuates Aβ deposition in both sexes studied. This could be the result of the activation and recruitment of inflammatory cells, microglia and non-classical monocytes, found at the level of Aβ plaques and lesion sites associated with microinfarctions. In addition, blockage of perforating arterioles impacts differently the CBF in the two sexes, whose optimal regulation is essential for cerebral functions. Indeed, males exhibit acute-phase hypoperfusion and chronic-phase hyperperfusion after microlesions, indicating long-term deregulation of the CBF. This could contribute to the rapid and prolonged cognitive deficits observed. In contrast, female mice exhibit hypoperfusion in the acute phase that normalizes in the chronic phase, outlining a transient deregulation of the CBF and would partly explain the recovery of cognitive abilities. On the other hand, the expression of DKK1, a protein playing a central role in AD and ischemic injury, is strongly induced at the lesion sites in the brain of male APP/ PS1, while its expression was reduced in females. This difference in expression would result in a prolonged cognitive decline in males and a slow and transient decline in females, as DKK1 is an inhibitor of the canonical Wnt pathway involved in maintaining cerebral functions. Our results suggest that multifocal microinfarcts worsen cognitive decline associated with amyloid Aβ pathology in AD in young males compared to young females who are protected, probably by female sex hormones independently of amyloid deposition via modulation of neurovascular coupling, inflammation, and expression of DKK1 that is physiologically repressed by estrogens. The role of non-classical monocytes found at the lesion sites after cerebral microangiopathy remains unknown and was the subject of the two following studies. Our investigations were carried out in chimeric mice which allow tracking monocytes derived from the bone marrow through the expression of a reporter gene, green fluorescent protein (GFP) and to manipulate their functions. Our results indicate that deregulation of the function of non-classical monocytes exacerbates neurovascular dysfunction following cerebral microangiopathies. However, their stimulation using muramyl dipeptide (MDP), which is a synthetic immunomodulatory agent, improves neuronal functions by preserving microvascular integrity, thus allowing the recovery of memory capacities. This demonstrates that stimulation of non-classical monocytes could be a therapeutic avenue to explore for the treatment of cerebral microangiopathies. In this direction, the third study in this thesis aims to investigate the role of non-classical monocytes in the modulation of CAA associated with AD in APP/PS1 mice. Indeed, in this study our results show that stimulation of non-classical monocytes using ARA290 that is a non-erythropoietic analogue during the early stages of Aβ pathology in AD, reduces CAA as well as Aβ deposition in the brain parenchyma of APP/PS1 mice. This was accompanied by an improved cognitive capacity of APP/PS1 mice associated with an increased frequency of non-classical monocytes in the blood circulation. Using intravital imaging, we demonstrated that non-classical monocytes are involved in the clearance of vascular Aβ microaggregates. Specific depletion of non-classical monocytes using chimeric mice attenuated the beneficial effects of ARA290. Together, these results allow us to provide new insights into the role of immune-vascular interactions after cerebral microangiopathies in the pathobiology and treatment of dementia.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Comme dans le cancer, les maladies vasculaires à remodelage (MVR) sont caractérisées par un déséquilibre métabolique appelé paradoxe de Warburg (glycolyse augmentée par rapport à l'oxydation du glucose), une augmentation de cytokines circulantes et de facteurs de croissance comme TNF "tumor necrosis facton" et PDGF "platelet derived growth factor" favorisant la prolifération et la résistance à l'apoptose des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Les mécanismes permettant la durabilité de ce phénotype demeurent inconnus. Dans le cancer, ces anomalies résultent en partie de l'activation inappropriée du facteur de transcription HIF-1 "hypoxia inducible factor 1". Comme TNF et PDGF sont acceptés comme activateurs de HIF-1, nous avons émis l'hypothèse que l'activation de HIF-1 joue un rôle critique dans le mécanisme pathophysiologique des MVR. En utilisant des approches multidisciplinaires et translationnelles, nous avons démontré chez des CMLV d'artère carotide humaine que PDGF et TNF favorisent le paradoxe de Warburg, leur prolifération et leur résistance à l'apoptose. In vivo, nous avons démontré dans les artères carotides de rat que l'inhibition de HIF-1 par la transfection d'un ARN interférence localisé ou par l'injection d'un inhibiteur de TNF prévenaient le remodelage post-angioplastie de l'artère carotide. Nos découvertes démontrent pour la première fois l'implication de HIF-1 dans le processus de remodelage et nous proposons HIF-1 comme une nouvelle cible thérapeutique des MVR. Finalement, comme les MVR et le cancer possèdent plusieurs similarités, nos découvertes ne sont pas restreintes aux maladies vasculaires et ouvrent de nouvelles avenues dans la recherche du cancer.

Cette thèse comprend deux études de Tomographie par Émission de Positrons qui ont respectivement été effectuées auprès de sujets sains et de patients ayant subi un accident vasculaire-cérébral (AVC). L'objectif principal de ces expériences était de comparer les circuits cérébraux impliqués dans l'imagination et l'exécution physique de mouvements du membre inférieur à différents stades de l'apprentissage d'une séquence motrice. Tel qu'attendu, les données de la première étude auprès de sujets sains démontrent qu'avec la pratique physique, le patron de changements dynamiques de flot sanguin observé lors de l'exécution d'une séquence explicite de mouvements du pied est très semblable lors de l'évocation mentale de cette même séquence. Cependant, les résultats de la seconde expérience démontrent que les patrons de changements de flot sanguin associés à la pratique physique sont différents chez les patients porteurs d'une lésion striato-capsulaire que ceux obtenus pour les contrôles. Ainsi, nos données suggèrent qu'un dommage striato-capsulaire nuit à l'apprentissage d'une séquence motrice explicite. De plus, il semble que le réseau cérébello-cortical normalement impliqué dans ce genre d'acquisition motrice ne compense pas pour ce type de lésion