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

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

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

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

La physiopathologie de l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) implique de multiples mécanismes. Elle est caractérisée, entre autres, par la réduction de la production des facteurs vasodilatateurs, l'augmentation exagérée des facteurs vasoconstricteurs et des facteurs de croissance qui conduisent à la vasoconstruction, la prolifération et le remodelage vasculaire pulmonaire. Les cellules endothéliales pulmonaires secrètent des facteurs paracrines qui contribuent à l'hyperplasie des cellules musculaires lisses pendant la progression de l'hypertension artérielle pulmonaire. Le FGF2 produit par les cellules endothéliales et stocké dans la matrice extracellulaire, est l'un de ces facteurs très bien documenté pour entraîner une prolifération des CML. Cette étude montre que l'inhibition de l'expression pulmonaire du bFGF par l'injection répétée du SiRNA chez les rats traités à la MCT, est corrélée à l'amélioration des paramètres hémodynamiques, du remodelage vasculaire et de l'hypertrophie cardiaque droite, en traitement préventif et curatif. Chez les sujets atteints d'hypertension pulmonaire le niveau de la sérotonine circulant est très élevé. La biosynthèse de la sérotonine dépend de la tryptophane hydroxylase. Nous avons étudié l'impact des variations génétiques de la Tph1 et de la Tph2 sur le développement de l'HTAP chez les souris. Cette étude a montré que la déficience en Tph1 (Tph périphérique) protège les souris contre l'hypoxie alors que les souches de souris porteuses du polymorphisme C1473G au niveau du gène Tph2 (Tph centrale) montrent des phénotypes d'HTAP différents pendant l'hypoxie. En plus de l'importance de la TPH, l'expression du 5-HTT est aussi déterminant dans l'HTAP. Les souris SM22 surexprimant le 5-HTT dans les CML à un niveau proche de celui des CML des patients atteints d'hypertension artérielle pulmonaire développent spontanément une HTAP qui s'aggrave avec l'âge. Du fait de la baisse considérable de l'activité de ces deux enzymes, le NO synthase et la prostacycline synthase, au niveau des cellules endothéliales chez les patients HTAP, le taux de l'AMPc et du GMPc baisse. Les PDEs hydrolysent les deux messagers des agents vasodilatateurs prostacycline et oxyde nitrique, et l'utilisation des inhibiteurs de phosphodiestérases augmentent la concentration intracellulaire de GMPc et AMPc et causent la vasodilatation pulmonaire. Le traitements des rats HTAP avec l'inhibiteur du PDE4 (Roflumilast) avec deux doses 1,5 et 0,5mg/Kg/jour, a montré une régression de l'HTAP, baisse de l'hypertrophie cardiaque et du remodelage vasculaire des rats traités à la monocrotaline ou mises en hypoxie aigüe (10% O2), chez qui un traitement préventif et curatif a été effectué. / The physiopatholy of pulmonary arterial hypertension (PAH) implies multiple mechanisms. It is characterized by the reduction of the production of vasodilatators factors, the overproduction of vasoconstrictor factors and growth factors which lead to the pulmonary vasoconstriction, and the pulmonary vascular remodeling. The pulmonary endothelial cells release paracrine factors which contribute to the hyperplasy of the smooth muscule cells (SMC) during the progression of PAH. The FGF2 produced by the endothelial cells and stored in the extracellular matrix is reproted to be involved in the SMC proliferation. This study shows that inhibition of the pulmonary expression of FGF2 by the repeated injection of SiRNA in the rats treated with monocrotaline (MCT), is correlated with the improvment of the hemodynamic parameters, vascular remodeling and right ventricular hypertrophy, in both, a preventive and a curative treatment. In pateints with PAH, it has been shown that the circulating level of serotonin is very high as compared to control patients. The biosynthesis of serotonin depends on tryptophan hydroxylase. Therefore, we studied the impact of the genetic variations of Tph1 and Tph2 on the development of PAH in mice. This study showed that deficiency in Tph1 (peripheral Tph) protects mice against the hypoxia-induced PAH severity during hypoxia. In addition to the importance of the Tph, the serotonin transporter (5-HTT) expression is also a determining factor in the development of PAH. Mice overexpressing 5-HTT (SM22-5-HTT+ mice) specifically in SMC develop spontaneously PAH in normoxia, which worsens with age. We observed a significant decrease int he rate of cAMP and cGMP produced in the endothelial cells from patients with PAH, which has been reported to be due to low activities of NO synthase and prostacyclin synthase. Phosphodiesterases (PDE)hydrolize the two messengers (cAMP and cGMP), and the use of specific inhibitors of PDE increases the intracellular concentration of cGMP and cAMP and causes pulmonary vasodilatation. A daily oral administration of Roflumilast (1,5 and 0,5 mg/kg/day) a specific inhibitor of PDE4, was effective in preventing and in reversin the PAH in both experimental model of PAH, the MCT and chronic hypoxia (10%O2,2 weeks)

L’augmentation de la fréquence des pathologies vasculaires va créer ces prochaines années, des besoins importants en substituts vasculaires de petits calibres. L’idéal, à ce jour, reste l’utilisation de vaisseaux autologues réduisant les risques infectieux et immunologiques mais d’usage limité ce qui est à l’origine de l’ingénierie cellulaire. L’identification des progéniteurs vasculaires est d’un intérêt majeur dans ce domaine. Ces cellules d’origine autologues sont douées d’une grande capacité de prolifération et d’un potentiel de différenciation en cellules vasculaires (cellules endothéliales (CE) et cellules musculaires lisses (CML)) mais la difficulté réside dans le choix du recouvrement de la surface du support de culture qui favorise leur adhésion et prolifération Dans ce travail, nous avons choisi les films multicouches de polyélectrolytes et mesuré leur impact sur le comportement de ces cellules progénitrices en fonction de différentes conditions de culture (normoxie ou hypoxie). Nous avons montré dans un premier temps, que ces films multicouches de polyélectrolytes permettaient d’accélérer la différenciation de ces cellules en CE matures. Nous avons également montré que ces mêmes cellules cultivées en hypoxie étaient capables de se différencier en cellules contractiles stables dans le temps, présentant un phénotype comparable à celui des CML matures. L’association de ces résultats additionnés aux avantages apportés par des feuillets détachables est à la base de la construction d’un substitut vasculaire autologue de petit calibre, composé de CE et de CML issues d’un même pool de cellules, mais cultivées dans des conditions différentes. / The increase of vascular pathologies is going to create these next years, important needs in vascular substitutes of small calibres. The gold standard, this day, remains the use of autologous vessels reducing the infectious and immunological risks, but of limited custom, which is at the origin of tissue engineering. The identification of vascular progenitor cells is of major interest in vascular engineering. These autologous cells present a high capacity of proliferation and a potential of differentiation in vascular cells (endothelial cells (EC) and smooth muscle cells (SMC)) but the difficulty lies in the choice of the coated surface of culture which facilitates their adhesion and proliferation. In this work, we chose polyelectrolytes multilayer films and measured their impact on these vascular progenitor cells in various conditions of culture (normoxia or hypoxia). We showed at first, that these polyelectrolytes multilayer films allowed to accelerate the differentiation of these cells into matures EC. We also showed that these same cells cultivated under hypoxic conditions were able to differentiate into stable and contractile cells, presenting a phenotype comparable to the mature SMC. The association of these results added to the advantages brought by detachable sheet is the basis of the construction of an autologous small calibre vascular substitute consisting of EC and SMC differentiated from the same pool of cells, but cultivated in different conditions.

Le système nerveux et le système vasculaire montrent de grandes similitudes notamment au niveau anatomique. Il est maintenant communément admis que des membres des quatre grandes familles de molécules de guidage axonal Sémaphorines, Ephrines, Nétrines et Slits et leurs récepteurs sont également impliqué dans la mise en place du réseau vasculaire, mais la situation inverse n'était pas aussi claire lorsque j'ai débuté ma thèse. Cette thèse s'intéresse au rôle chez la souris de deux molécules de mise en place du système vasculaire VEGFR2 et Synectine dans le contexte du guidage axonal. Nous avons ainsi montré que ces deux molécules sont importantes pour le guidage de différentes populations d'axones par la molécule de guidage axonal Sémaphorine 3E (Séma3E). Dans une première étude, nous avons montré que VEGFR2 est important pour la mise en place du faisceau subiculo-mamillaire in vivo indépendamment de son ligand vasculaire habituel VEGF. En effet, dans ces neurones VEGFR2 agit au sein d'un complexe récepteur à Séma3E, composé de PlexinD1, Neuropilin1, et VEGFR2. Ainsi, la liaison de Séma3E au complexe récepteur entraine l'activation de VEGFR2 qui transduit alors une signalisation promotrice de croissance axonale en activant la voie PI3K/Akt. Dans une seconde étude, nous avons montré que Synectine est important in vivo pour la mise en place de la commissure antérieure, un autre faisceau axonal exprimant le récepteur à Séma3E, PlexinD1. De plus, nous avons montré in vitro que Synectine est nécessaire à la réponse inhibitrice de croissance induite par Séma3E dans les neurones du cortex latéral piriforme qui correspondent aux neurones projetant dans la commissure antérieure. En impliquant Synectine et VEGFR2 dans le guidage axonal, les résultats présentés dans cette thèse mettent donc en avant que si le système vasculaire utilise des molécules du système nerveux pour son développement, le système nerveux peut également utiliser des molécules du système vasculaire pour la mise en place de son réseau neuronal. / Important similarities exist between the vascular and the nervous systems, both at anatomical and molecular levels. There is now clear evidence that members of all four classical families of axon guidance molecules (Ephrins, Netrins, Slits, and Semaphorins) and their cognate receptors are implicated in vascular patterning. Here we present evidence for the reverse situation in wich two vascular molecules, VEGFR2 and Synectin, are implicated in axon patterning of two major axon tract in vivo, and in their response to the axon guidance molecule Semaphorin 3E in vitro.

Chez les plantes supérieures, l’organogénèse est principalement post-embryonnaire et assurée par les méristèmes. Les familles de gènes CLE (CLAVATA3/ENDOSPERMSURROUNDING REGION related) et WOX (WUSCHEL-LIKE HOMEOBOX) sont des régulateurs majeurs de l’activité des méristèmes. Des analyses phylogénétiques des gènes WOX de différentes espèces ont identifié trois groupes d’orthologie, dont le groupe WOX13OG. Ce dernier contient le seul gène WOX d’Ostreococcus tauri, les trois gènes WOX de Physcomitrella patens, ainsi que trois des gènes WOX parmi les quinze que compte Arabidopsis thaliana. L’objectif de ma thèse a été de caractériser la fonction des gènes du groupe WOX13 OG chez A. thaliana.Parmi les mutants nuls identifiés pour ces gènes, seul le mutant wox14 présente des phénotypes forts, à savoir un retard de transition florale et des défauts de développement vasculaire. Ces résultats sont en accord avec l’induction de l’expression de WOX14 à la jonction des faisceaux vasculaires lors de la transition florale. Les résultats indiquent que WOX14 est impliqué dans le contrôle du nombre de faisceaux vasculaires initiés lors de cette dernière. La restauration conjointe de la transition florale et du nombre de faisceaux vasculaires, par complémentation du mutant wox14 ou application de gibbérellines (GA),suggère un lien direct entre ces deux processus. Cette étude nous a permis d’identifier le gène CLE46 comme étant dérégulé dans le mutant wox14. Son expression dans les cellules du xylème, associée à l’augmentation du nombre de faisceaux vasculaires chez wox14, suggèrent que CLE46 est un élément d’une voie de signalisation de contrôle du nombre de faisceaux vasculaires. L’importance des interactions WOX-CLE dans le développement vasculaire est soulignée par l’induction de WOX4 et WOX14 par le peptide CLE41. Les analyses du transcriptome du mutant wox14 révèlent que la signalisation des GA est déficiente. Ce qui confirme les résultats de la complémentation du phénotype wox14 par les GA. De plus, le gène GA3ox1 a été identifié comme une cible potentielle de régulation de la biosynthèse de GA par le gène WOX14. / Whilst primary meristems are initiated during embryogenesis, in higher plants additionalsecondary meristems initiate post-embryonically and contribute to the plant architecture andthe vascular strand development. Differentiation of the plant vascular cambium into xylemand phloem was shown to be regulated by cell to cell communication. The large CLE(CLAVATA3/ENDOSPERM SURROUNDING REGION related) signaling peptide familyand the WOX (WUSCHEL-LIKE HOMEOBOX) transcription factor family are thought to beconserved regulators of stem cell fate. In this thesis we report the presence of supernumeraryvascular bundles in the young inflorescence stem of the wox14 mutant. Our data indicate thatWOX14 prevents additional cambium cell to differentiate into vascular bundles during floraltransition. Moreover, the data suggest that vascular differentiation and floral transition arelinked. Consistently, WOX14 expression is induced within the connecting vascular strandduring floral transition. Furthermore, the application of gibberellins (GA) fully rescued boththe floral transition and the vascular bundle phenotype of the wox14 mutants. A detail analysisof GA biosynthesis and target genes showed that WOX14 controls the amount of bioactiveGA within the vasculature. However, WOX14 is also specifically expressed in the phloem ofthe inflorescence stem indicating a function in late vascular bundle development. We alsoshowed that not only WOX4 but also WOX14 are the target of the CLE41 peptide duringvascular development. Furthermore, the data indicate that another CLE gene, namely CLE46,is misregulated in the wox14 mutant. These results suggest that CLE46 might be the firstidentified CLE signal from the xylem that impacts vascular differentiation.

Le développement cranio-facial est un processus complexe qui implique interactions tissulaires et différenciations cellulaires. La façon dont ces processus sont coordonnés lors de l'embryogenèse reste évasive. Perturber ce développement coordonné provoque un large éventail de malformations. Afin de trouver de nouveaux gènes impliqués dans le développement de la tête, un criblage phénotypique a été réalisé par mutagenèse. L'une des lignées de souris obtenues montre des malformations au niveau des arches pharyngées (AP), qui sont les précurseurs de la tête. Ces mutants meurent à mi gestation, due à des problèmes vasculaires. La mutation ponctuelle générée a été localisé dans le gène Mortalin. Mon travail de thèse vise à comprendre comment Mortalin contrôle le développement embryonnaire. Mortalin est exprimée de manière ubiquitaire, puis son expression augmente au niveau des AP, dans les tissus musculaires et nerveux. Pour déterminer les mécanismes moléculaires affectées chez ce mutant, un profil d'expression génique a révélé l'induction de gènes impliqués dans la réponse au stress du réticulum endoplasmique (RE), appelée UPR, dont le rôle est de rétablir l'homéostasie du RE. Mortalin est impliqué dans le contrôle de l'UPR en interagissant avec BiP, un régulateur direct de cette voie. L'activation soutenue de l'UPR entraîne l'apoptose, ce que nous observons chez nos mutants. De plus, l'analyse du cycle cellulaire indique que la phase S est plus longue chez le mutant, suggérant que Mortalin régule le cycle cellulaire. Ainsi, l'ensemble des données suggère que Mortalin est nécessaire pour la survie des cellules au cours du développement. / The development of the head is a complex process that involves tissue interaction and cellular differentiation. Precisely how these processes are coordinated during embryogenesis remains elusive. Disruption of this coordinated development causes a wide range of malformations. In order to find new genes involved in the development of the head, a phenotype-driven ENU screen was performed. One of the mouse lines generated exhibits small pharyngeal arches (PAs), which are the main precursors of the head. Mutant embryos die around mid-gestation, most likely as a result of defective vasculature. We mapped the ENU-mediated point mutation within Mortalin. My thesis work aims to understand how Mortalin controls embryonic development. Mortalin is ubiquitously expressed before mid-gestation. Then its expression increases in the PAs and cranial ganglia. In older embryos, mortalin is expressed in muscle and nervous tissue. To determine which molecular mechanisms are affected in the mutant, gene expression profil revealed the induction of genes involved in the response to endoplasmic reticulum (ER) stress, called UPR. The role of the UPR is to restore homeostasis in the ER. I found that Mortalin regulates the UPR by interacting with BiP, a direct regulator of this pathway. Sustained activation of UPR leads to apoptosis, which is observed in our mutant. Cell cycle has been analyzed to investigate the cause of the reduced embryonic size in our mutant. The length of the S phase was found longer in the mutant, indicating that Mortalin also regulates cell cycle. All together, these data suggest that Mortalin is required for cell survival during development, in part by controlling the UPR.

La morphologie mitochondriale résulte d’un équilibre dynamique entre les processus de fusion et de fission, impactant la physiologie cellulaire. Plusieurs données montrent une relation entre la fonction mitochondriale, des maladies cardiovasculaires et le vieillissement. OPA1 (optic atrophy 1) est une protéine qui contrôle la fusion de la membrane interne de la mitochondrie, et dont la mutation induit la maladie ADOA (autosomal dominant optic atrophy). Les travaux menés récemment indiquent que la mutation OPA1 est impliquée dans le dysfonctionnement cardiaque mais son impact sur la fonction vasculaire est encore inconnu. Notre étude a pour ambition d’examiner le rôle d’OPA1 sur la fonction vasculaire, notamment dans le développement de l’hypertension artérielle et le vieillissement vasculaire. Avec un modèle de souris hétérozygotes Opa1+/-, nous montrons dans cette étude que la protéine OPA1 joue un rôle protecteur dans le système vasculaire. En effet, les souris déficientes en OPA1 développent une hypertension-L-NAME dépendante plus grave qui est associée avec une dysfonction endothéliale plus importante et une altération de remodelage vasculaire. D’autre part, présentant une fonction vasculaire normale à 6 mois, les souris Opa1+/- commencent à développer un dysfonctionnement vasculaire à 12 mois qui pourrait induire le développement de pathologies vasculaires. En conclusion, ces résultats suggèrent pour la première fois que la dynamique mitochondriale peut jouer un rôle important sur la fonction et l’adaptation des vaisseaux dans les conditions pathologiques et dans le vieillissement vasculaire. Des études complémentaires seront nécessaires afin de clarifier le rôle de la protéine OPA1 dans l’hypertension. Ces données peuvent contribuer à la recherche de nouvelles cibles thérapeutiques pour prévenir les complications de l’hypertension et les maladies vasculaires liées à l’âge. / Defects in mitochondrial dynamics have been associated with various disorders, including cardiovascular diseases. OPA1 is essential for mitochondrial inner membrane fusion. Mutation in Opa1 is associated with the autosomal dominant optic atrophy (ADOA). Since then, OPA1 has been reported to be associated with cell apoptosis, cell proliferation, mitochondrial ATP synthesis, calcium homeostasis and ROS production. These data suggest that OPA1 has a potential role in vascular cells and subsequently affects vascular function. On the other hand,OPA1 is also associated with age-related changes of mitochondria and simultaneously contribute to the development of many dysfunctions in different organs. In this study, we investigated impacts of OPA1 mutation on vascular function in physiological and pathological condition like hypertension and vascular aging. By using an Opa1+/- heterozygote mouse model, we show that the OPA1 protein plays a protective role in the vascular system. Indeed, Opa1+/- mice developed a hypertension more severe than WT mice which was associated with more important endothelial dysfunction and altered vascular remodeling. In addition, although initial vascular function was normal, at 12 months, Opa1+/- mice displayed vascular dysfunction which might predict onset of vascular diseases at a later time. These results suggest for the first time that mitochondrial dynamics might play an important role in vascular function and adaptation in pathological conditions and in vascular aging. More studies are needed to clarify the role of the protein OPA1 in hypertension. These data may help to identify novel therapeutic targets to prevent complications of hypertension and vascular age-related diseases.