Academic literature on the topic 'Cultures cellulaires – Modèles animaux'

Nous présentons, dans cette revue, les dernières avancées concernant la modélisationin vitrode la barrière de filtration glomérulaire. Ces systèmes, permettant de réduire l’utilisation des modèles animaux, connaissent un intérêt croissant et bénéficient du développement de nos connaissances des cellules souches et de la bioingénierie. Nous discuterons les limites des modèles cellulaires glomérulaires actuels et nous introduirons les méthodes permettant d’obtenir des cellules glomérulaires à partir des cellules souches. Enfin, nous discuterons de l’importance du microenvironnement dans le maintien du phénotype, quels que soient les systèmes utilisés tels que la co-culture, les biomatériaux ou la microfluidique.

Les agents des encéphalopathies spongiformes transmissibles (ESST) sont responsables de maladies neurodégénératives fatales chez l’homme (maladie de Creutzfeldt-Jakob, insomnie fatale familiale, syndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker, Kuru) et chez les animaux (tremblante ovine et caprine, encéphalopathie spongiforme bovine, encéphalopathie spongiforme féline, encéphalopathie transmissible du vison, dépérissement chronique des cervidés. L’encéphalopathie spongiforme bovine (ESB) est une maladie nouvelle apparue en 1985 au Royaume-Uni, puis s’est propagée ensuite dans les autres pays européens et en particulier en France (premier cas identifié en 1990). La tremblante des ovins est en revanche connue depuis plus de deux siècles en Europe. Elle se distingue de l’ESB par sa contagiosité et la distribution de la protéine prion pathologique PrPsc dans les tissus périphériques. L’agent de l’ESB est transmissible des bovins à l’homme chez lequel il provoque une forme particulière (variant) de la maladie de Creutzfeldt-Jakob. En revanche, l’agent de la tremblante ovine semble sans danger pour l’homme. Jusqu’en 1992, date du premier rapport réalisé à la demande du ministre de la recherche, Hubert Curien, par une commission de 9 chercheurs présidée par Dominique Dormont, les recherches poursuivies en France sur les ESST étaient le fait d’un petit réseau informel qui a été à l’origine d’un premier programme de recherches piloté par l’INSERM. L’annonce faite le 20 mars 1996 par les autorités du Royaume-Uni que 10 britanniques venaient de succomber à une variante de la maladie de Creutzfeldt-Jakob liée à l’ESB, entraîne une crise de confiance sans précédent des consommateurs. Interpellée, la communauté scientifique incluant l’INRA est alors brutalement placée devant un ensemble de questions nouvelles qui l’oblige à recentrer sa stratégie en termes d’expertise collective. La mise en place à cette occasion, du comité interministériel d’experts sur les ESST animé par Dominique Dormont (et auquel 8 chercheurs INRA participaient) a été un facteur très important dans la mobilisation de la communauté scientifique française et en particulier de l’INRA (voir à ce sujet l’analyse critique du fonctionnement de ce comité interministériel faite par Jacqueline Estades et Elisabeth Rémy dans l’ouvrage « l’expertise en pratique : les risques liés à la vache folle et aux rayonnements ionisants », 249 pages, L’Harmattan éditeur, Novembre 2003). Depuis 1993, les chercheurs INRA du département de génétique animale réfléchissaient aux conditions de développement de projets de recherche nouveaux sur les maladies à prions et en particulier sur la tremblante ovine qui sévissait de façon spectaculaire dans un troupeau ovin expérimental (domaine INRA de Langlade). Les chercheurs concernés de ce département ont eu un rôle moteur dans la mobilisation ultérieure des autres départements. En effet, à partir de l’automne 1996, des chercheurs INRA appartenant à 6 départements de recherche différents (génétique animale, santé animale, physiologie animale, transformation des produits animaux, hydrobiologie et faune sauvage, économie et sociologie rurale) ont décidé de s’engager dans des projets de recherche centrés sur les maladies à prions. Cet intense effort de mobilisation s’est accompli essentiellement par mobilité thématique (et non pas à la faveur de recrutements nouveaux), ce qui a représenté pour chacun des chercheurs engagés un effort personnel de remise en cause l’obligeant à repartir de zéro dans un domaine totalement nouveau, en abandonnant des recherches où chacun avait acquis un positionnement national et international. Cette mobilisation collective importante a été favorisée par trois facteurs différents : - l’exceptionnelle demande sociétale résultant d’une crise de confiance sans précédent touchant à la fois le consommateur et le citoyen, - l’ensemble des nombreuses questions nouvelles posées par la problématique « prions » qui a profondément excité la curiosité et l’intérêt des chercheurs de disciplines différentes, - et, enfin, la mise en place rapide de nouveaux moyens financiers, à la faveur d’une série d’appels d’offres successifs (INRA en interne, interministériels, GIS Prions, Union Européenne) qui ont exercé un effet incitatif puissant. Dans ce contexte nouveau, les objectifs prioritaires de l‘INRA ont été les suivants : - tout d’abord, créer les conditions optimales pour la mise au point des différents outils indispensables au développement des recherches sur les ESST : . les souris transgéniques pour les infections expérimentales,. les lignées de cultures cellulaires pour la propagation in vitro du prion,. les anticorps monoclonaux anti protéine prion (PrP),. les techniques immunocytohistochimiques pour identifier la protéine prion pathogène PrPsc dans les tissus infectés,. les méthodes de génotypage à grande échelle du gène PrP chez les ovins,. les approches épidémiologiques adaptées,. et surtout toute la logistique appropriée pour la manipulation des prions en toute sécurité au laboratoire et dans les animaleries (souris et gros animaux). - parallèlement, organiser des instances nouvelles pour la coordination (comité d’action incitative programmée, bureau permanent des recherches ESST) et l’animation scientifique interdisciplinaire (séminaires réguliers) de façon à assurer les meilleures conditions pour favoriser les échanges entre les équipes et la cohérence des projets entre eux. - et, enfin, mettre en place des moyens nouveaux en termes de ressources humaines (redéploiements, recrutements). Plus d’une vingtaine d’équipes INRA se sont engagées depuis 1996. A partir des nouveaux outils mis à disposition des différentes équipes, les recherches se développent et les résultats obtenus ont été présentés et discutés lors des séminaires organisés en 1998, 2000 et 2003. Ces résultats ont été valorisés par un nombre important de publications et ont été concrétisés au niveau des applications par la mise au point de tests rapides de diagnostic des ESST (contribution au test Biorad pour l’ESB, convention avec l’Institut Pourquier pour la tremblante ovine) ainsi que par un plan ambitieux de contrôle génétique et d’éradication de la tremblante dans les troupeaux ovins français. Dans le domaine de la biosécurité du retraitement des farines animales, un brevet a été pris en mars 2004. A l’issue du dernier séminaire, la direction scientifique Animal et Produits Animaux a décidé de valoriser l’ensemble des résultats obtenus et des connaissances en découlant, par la réalisation de ce numéro hors-série. L’objectif était de présenter au plus grand nombre l’ensemble des avancées scientifiques et des axes de recherche actuels sur les prions, menés dans les différentes disciplines. Ce numéro hors-série de la revue « Productions Animales » comprend 7 chapitres structurés autour des questions nouvelles que les chercheurs se sont attachés à résoudre : les animaux modèles, la caractérisation des souches et la nature de l’agent, la protéine prion cellulaire, la pathogénie des ESST, la variabilité de la résistance aux ESST et enfin l’épidémiologie et la lutte contre les ESST. En outre à la fin du numéro, figurent des annexes présentant successivement : la liste des publications scientifiques réalisées à partir des résultats obtenus, la liste des séminaires scientifiques organisés en interne, et enfin la liste des 18 projets scientifiques européens dans le domaine des ESST, impliquant des équipes INRA comme coordinateur ou comme partenaire, illustrant ainsi leur positionnement international.

Les organoïdes rénaux dérivés de cellules souches pluripotentes sont devenus une réelle alternative à l’utilisation de modèles in vitro limités ou de modèles animaux contraignants et d’utilisation sensible. La compréhension des mécanismes clés de développement du rein a permis d’établir des protocoles permettant, à partir de cellules souches pluripotentes, d’obtenir de tels organoïdes, qui sont constitués de structures hautement complexes et organisées, contenant plusieurs types cellulaires. Ces organes miniatures permettent des applications majeures : la possibilité de contrôler le génome des iPSC (induced pluripotent stem cell), par sélection de patients atteints de pathologies spécifiques ou par édition de génome, permet d’obtenir in vitro des organoïdes rénaux qui intègrent des mécanismes physiopathologiques, comme le développement de kystes observé dans la polykystose rénale. Ces organoïdes peuvent également être utilisés pour des applications « haut-débit » afin d’accélérer la mise au point de tests de molécules néphrotoxiques ou de composés thérapeutiques. Enfin, les organoïdes rénaux présentent un intérêt majeur dans un contexte de réparation tissulaire, une application qui reste limitée actuellement et pour laquelle de nombreuses barrières restent à franchir.

La récente émergence des cultures d’organoïdes tumoraux, ou tumoroïdes, a permis d’enrichir le répertoire des modèles précliniques en oncologie. Très proches de la tumeur dont elles dérivent, ces microtumeurs offrent de nombreuses possibilités en termes de recherche fondamentale, telles que l’étude de la carcinogenèse ou de la chimioré-sistance, de validation préclinique de nouvelles molécules à visée anticancéreuse, ou encore de personnalisation des traitements. Divers développements techniques et l’enrichissement des tumoroïdes par l’addition d’autres types cellulaires sont actuellement en cours pour améliorer la pertinence de ces modèles et exploiter de façon optimale leur remarquable potentiel.

L’immunotoxicologie est l’étude des effets toxiques de toute substance sur le système immunitaire et ses fonctions. Dans les différents domaines d’application, cette science est cadrée par divers textes réglementaires et lignes directrices. Les études sont basées sur des techniques in vitro, ex vivo et in vivo et sont observationnelles ou fonctionnelles, permettant respectivement de démontrer un effet et de décrire les mécanismes en jeu. Dans cette revue, nous présentons les différents tests à effectuer dans le domaine biomédical, avec une attention particulière au test d’évaluation de la réponse thymo-dépendante (TDAR). Nous discutons également brièvement des évolutions à suivre dans ce domaine cherchant entre autres une approche plus éthique comme la limitation de l’utilisation des animaux de laboratoire. Ces évolutions sont notamment représentées par le développement de modèles cellulaires pertinents.

L’infertilité, les fausses couches précoces et les malformations congénitales sont des problèmes majeurs de santé publique fréquents et relativement méconnus. Jusqu’à présent ce que l’on sait du développement précoce humain provient de deux sources principales : l’étude d’embryons humains et l’étude d’animaux modèles. Bien que certains mécanismes moléculaires soient conservés, il existe des spécificités liées à l’espèce humaine. Ainsi, il est important d’étudier les animaux modèles les plus proches possibles dans la classification phylogénétique, ce qui a mené à l’utilisation de lignées cellulaires de primates. De nos jours, les seuls embryons humains disponibles sont ceux issus de la Fécondation In Vitro, ils sont donc peu nombreux et doivent être détruits au bout de 14 jours. Cela a poussé les chercheurs à développer de nouvelles stratégies. Différentes équipes ont donc utilisé les cellules souches embryonnaires ou les cellules souches pluripotentes induites et leurs propriétés d’auto-organisation in vitro pour recréer des « embryons » et ainsi étudier leur développement. Ces nouvelles stratégies permettent de limiter l’utilisation d’embryons humains mais de nouvelles questions se posent désormais sur le statut légal de ces nouveaux « modèles ». À l’avenir, il sera important de mettre à jour les différentes législations et recommandations de l’International Society for Stem Cell Research (ISSCR) au fur et à mesure des avancées scientifiques pour éviter toute dérive. Un respect des recommandations et le maintien de discussions entre spécialistes et « grand public » permettront une meilleure compréhension du développement précoce humain et la mise en place de stratégies répondant à des enjeux sanitaires.

Les hormones thyroïdiennes (HT) sont essentielles pour le bon fonctionnement du cerveau tout au long de la vie des vertébrés, dès les stades précoces du neuro-développement. Des études épidémiologiques ont montré l’importance des HT de la mère pendant les premiers mois du développement fœtal : une déficience précoce en HT maternelles entraîne à long terme des altérations du développement cognitif et du comportement social de l’enfant. L’apport des modèles animaux, non seulement les modèles mammifères mais également les modèles alternatifs (poisson zèbre, xénope, poulet), a permis de décrypter les mécanismes cellulaires et moléculaires gouvernés par les HT lors du développement cérébral. En particulier le modèle rongeur a contribué à montrer que les HT ont également un rôle crucial chez l’adulte, principalement au sein de deux niches neurogéniques majeures, la zone sous-ventriculaire et la zone sous-granulaire de l’hippocampe où elles régulent finement le destin des cellules souches neurales (CSN). Une question essentielle en biologie des cellules souches est de comprendre, comment les HT gouvernent le devenir des CSN vers un destin neural ou glial et ce, afin de contribuer au développement du cerveau et de maintenir ses fonctions tout au long de la vie adulte dans des conditions physiologiques et lors d’un dommage cérébral (maladies neurodégénératives, maladies démyélinisantes ou accident vasculaire cérébral). Notre revue fait le point sur les connaissances actuelles sur le rôle d’un signal endocrinien clé, les HT, lors du développement du cerveau et de la neurogenèse adulte, et principalement chez les mammifères, notamment l’Homme.

Il est établi que les facteurs de risque sociaux jouent un rôle important dans la genèse et le maintien des troubles mentaux. Les modèles animaux nous indiquent que les expériences précoces d’adversité sociale peuvent avoir des effets à long terme à travers un « conditionnement biologique » et que le cerveau serait « modelé » par les facteurs environnementaux. En effet, des expériences sociales négatives très précoces peuvent avoir de profonds impacts durant les périodes de haute plasticité cérébrale lors de la vie prénatale et juste après la naissance. La recherche doit arriver à intégrer plusieurs niveaux d’organisation et déterminer les effets de l’adversité précoce sur le développement du cerveau en tentant d’expliquer comment ces expériences précoces affectent les voies moléculaires, cellulaires et biologiques conduisant à une vulnérabilité particulière. Comment les circonstances difficiles prénatales, périnatales et durant l’enfance sont « biologiquement intégrées » dans les systèmes génomiques moléculaires qui déterminent les expressions de la vulnérabilité ? Le paradigme actuel des interactions GèneXEnvironnement découle directement des travaux de A. Caspi sur les enfants victimes de maltraitance, en mettant en évidence le rôle de ces évènements dans l’apparition de troubles mentaux à l’âge adulte en fonction du polymorphisme génétique.Les phénomènes d’addiction, le suicide et la schizophrénie représentent des troubles complexes qui résultent d’interactions entre plusieurs facteurs psychologiques, sociaux, environnementaux, génétiques et neurobiologiques. Les facteurs sociaux et les expériences précoces d’adversité constituent des facteurs importants et reconnus de risque d’apparition de ces troubles. La question qui se pose alors est de savoir s’il est possible d’intégrer ces différents aspects au sein de modèles unifiés où les expériences précoces d’adversité et de stress social constitueraient une dimension commune et dont le rôle serait essentiel.

Le potentiel des plantes connues pour leurs vertus médicinales suscite un grand intérêt dans un contexte mondial de réduction des risques d’antibiorésistance. Dans le cadre de la nutrition animale, l’usage des extraits de plantes se positionne dans une démarche de gestion intégrée de la santé des animaux dans le but de favoriser la construction de leur immunité et de limiter l’apparition des maladies. Le soutien des fonctions immunitaires par l’apport d’extraits de plantes est un moyen de renforcer les capacités d’adaptation des poulets, notamment chez le poussin. Pour mettre en œuvre leur usage, cela nécessite de disposer de méthodologies complémentaires, adaptées et fiables pour s’assurer de la qualité et de la valeur ajoutée fonctionnelle des extraits pour la santé des poulets. Les étapes décrites, indépendantes et complémentaires, ont permis d’élaborer et de valider une méthodologie globale, pertinente et robuste pour sélectionner, caractériser et évaluer la qualité et les effets des extraits de plantes sur l’immunité des poulets en situation d’élevage. Des grilles d’analyse ont été rassemblées en un outil d’aide à la décision (CHECK’MEX). Les extraits de plantes sélectionnés comme la mélisse et le ginseng ont été testés pour évaluer leurs capacités à stimuler l’immunité innée des volailles dans des modèles cellulaires ou des modèles d’inflammation et de stress oxydant développés ex vivo sur cellules de poulet. Les extraits ont ensuite été évalués chez le poulet dans des conditions expérimentales proches du terrain permettant de valider leurs effets et de réaliser une analyse multicritère incluant des indicateurs de santé, de bien-être et de zootechnie. Cette démarche est applicable à tous types d’extraits de plantes et elle peut être adaptée pour d’autres espèces animales ou d’autres effets biologiques.

LES ENCEPHALOPATHIES SUBAIGUES SPONGIFORMES TRANSMISSIBLES (ESST), ENCORE APPELEES MALADIES A PRIONS, SONT UN GROUPE D'AFFECTIONS NEURODEGENERATIVES DONT LES PLUS CONNUES SONT LA MALADIE DE CREUTZFELDT-JACOB CHEZ L'HOMME, ET L'ENCEPHALOPATHIE SPONGIFORME BOVINE OU MALADIE DE LA "VACHE FOLLE" CHEZ L'ANIMAL. CES MALADIES SONT CARACTERISEES PAR L'ACCUMULATION D'UNE PROTEINE APPELEE PrPsc QUI CORRESPOND A UNE FORME ALTEREE D'UNE PROTEINE NORMALE, LA PrPc. NOTRE PREMIER OBJECTIF DE THESE A ETE LE DEVELOPPEMENT DE NOUVEAUX MODELES DE CULTURES CELLULAIRES INFECTEES PAR L'AGENT HUMAIN ET/OU BOVIN DU PRION. MALGRE L'UTILISATION DE DIFFERENTES APPROCHES METHODOLOGIQUES, NOUS NE SOMMES PAS PARVENUS A L'ETABLISSEMENT DE TELLES LIGNEES. PARALLELEMENT A CETTE ETUDE, NOUS NOUS SOMMES INTERESSES A L'ETUDE DES DENDRIMERES PHOSPHORES COMME AGENT ANTI-PRION. APRES AVOIR MONTRE L'EFFICACITE DE CES AGENTS SUR LA REPRODUCTION DE PrPsc ET SUR L'INFECTIVITE DE CELLULES INFECTEES PAR L'AGENT MURIN DES PRIONS, NOUS AVONS POURSUIVI NOS INVESTIGATIONS SUR ANIMAUX DE LABORATOIRE ET AVONS CONFIRME L'ACTIVITE THERAPEUTIQUE DE CES MOLECULES. PAR LA SUITE, NOTRE TRAVAIL NOUS A CONDUIT A ETUDIER L'ACTION DE PLUSIEURS IONS METALLIQUES, PRINCIPALEMENT LE CUIVRE, ASSOCIES A L'H2O2 COMME AGENT DE DECONTAMINATION DANS UNE ETUDE IN VITRO ET IN VIVO.

L'expression de recepteurs fonctionnels -amino-3-hydroxy-5-methyl-isoxazole-propionate (ampa)/kainate a des stades precoces du developpement du systeme nerveux central (snc) souleve la question de leur role au cours de l'embryogenese. Nous avons d'abord analyse, chez le rat, les effets du blocage ou de la stimulation des recepteurs ampa/kainate sur des cellules dissociees de rhombencephale en culture, modele qui facilite le controle des parametres experimentaux. L'exposition a des antagonistes (competitifs aussi bien que non competitifs) provoque une mort cellulaire importante si le traitement a lieu pendant les premiers jours in vitro (jiv). En revanche, l'application de kainate ou de trifluoromethyl-ampa n'entraine des pertes cellulaires neuronales que si elle est plus tardive. L'exposition precoce aux agonistes modifie le niveau d'activite des recepteurs permeables aux cations divalents sans affecter la survie cellulaire. Le deficit en neurones (mais pas en cellules gliales) observe dans les cultures traitees est du essentiellement a une forte augmentation de la mort cellulaire (en partie de type apoptotique) et non a une baisse de la proliferation. Un deuxieme modele (cultures de tranches de rhombencephale et de moelle epiniere d'embryons de rat de 13 et 14 jours) a confirme la sensibilite des cellules embryonnaires au blocage ou a la stimulation des recepteurs. Ensemble, ces donnees suggerent que les cellules neurales dotees de recepteurs ampa/kainate, et peut-etre secondairement d'autres cellules, necessitent un niveau approprie d'activation de ces recepteurs pour leur survie et leur maturation. Nous avons pu constater que des recepteurs ampa/kainate fonctionnels existent chez l'homme a des stades embryonnaires. La consommation maternelle de substances susceptibles d'alterer l'activite de ces recepteurs pourrait perturber la formation du snc, si ces substances traversent la barriere placentaire.

Les cellules endothéliales cornéennes constituent un tissu à la fois extrêmement particulier et d’une importance singulière. En effet, celui-ci est pourvu d’une capacité régénératrice pratiquement nulle, mais son intégrité est essentielle à la transparence cornéenne et donc à la vision. Par contre, l’endothélium cornéen fait défaut dans diverses pathologies telles que la dystrophie de Fuch et la kératopathie bulleuse du pseudophaque. La méthode traditionnelle pour le remplacement d’un endothélium cornéen pathologique est la greffe de cornée pleine épaisseur. Par contre, la greffe lamellaire postérieure est une alternative chirurgicale en plein essor, très intéressante, puisqu’elle permet de remplacer seulement la portion malade de la cornée. Cette technique chirurgicale a ouvert la porte à une nouvelle possibilité au niveau du génie tissulaire. En effet, il est maintenant envisageable de greffer un endothélium produit en laboratoire. Un défi supplémentaire, que s’est imposé notre équipe, est de reconstruire non seulement un endothélium complet, mais d’en reconstruire un qui serait également autologue, l’immunogénicité jouant un rôle non négligeable lors d’échec de greffes. Mon rôle dans ce projet était donc d’évaluer la faisabilité de reconstruire par génie tissulaire un endothélium cornéen autologue pour notre modèle animal, et ce, à des fins de greffes. D’abord en optimisant les conditions de culture afin de permettre la croissance des cellules endothéliales cornéennes animales. Puis en reconstruisant in vitro un endothélium à partir d’une biopsie cornéenne de taille minimale. Un endothélium sain similaire au tissu natif a ainsi été reconstruit.

Le développement des cellules gliales (astrocytes et oligodendrocytes) et l'influence de deux facteurs de la matrice extra-cellulaire: l'hyaluronane, glycosaminoglycane non sulfaté de haut poids moléculaire, et l'hyaluronectine, protéine se liant spécifiquement à l'hyaluronane, ont été étudiés dans des cultures de cerveaux de rats nouveau-nés. Nous avons montré que l'hyaluronane est sécrété par les astrocytes de type 1; qu'il est un marqueur des cellules immatures de la lignée oligodendrogliale et des astrocytes de type 2, mais n'est pas trouvé sur les oligodendrocytes matures; qu'il est un inhibiteur spécifique de la prolifération des cellules immatures et de la formation des oligodendrocytes s'opposant en particulier aux effets du facteur de croissance dérivé des plaquettes, à la différence des autres glycosaminoglycanes qui n'ont pas cet effet. L'hyaluronectine n'est pas trouvée sur les cellules gliales immatures mais est un marqueur des oligodendrocytes matures et de leurs précurseurs immédiats par lesquels elle est sécrétée; elle agit indirectement sur le nombre de cellules de la lignée oligodendrogliale en s'opposant aux effets de l'hyaluronane et en le liant spécifiquement. Ces résultats nous permettent de faire l'hypothèse que l'hyaluronane a un rôle important dans le cerveau en développement sur la lignée oligodendrogliale; que le rapport hyaluronane / hyaluronectine est un facteur important de la myélinisation. L'hypoxie in vitro et la caféine à dose élevée entraînent toutes deux une augmentation de la synthèse cellulaire d'acide hyaluronique, suggérant un effet négatif sur la myélinisation.

L’utilisation de cellules vivantes dans un procédé industriel tire profit de la complexité inhérente au vivant pour accomplir des tâches complexes et dont la compréhension est parfois limitée. Que ce soit pour la production de biomasse, pour la production de molécules d’intérêt ou pour la décomposition de molécules indésirables, ces procédés font appel aux multiples réactions formant le métabolisme cellulaire. Afin de décrire l’évolution de ces systèmes, des modèles mathématiques composés d’un ensemble d’équations différentielles sont utilisés. Au fur et à mesure que les connaissances du métabolisme se sont développées, les modèles mathématiques le représentant se sont complexifiés. Le niveau de complexité requis pour expliquer les phénomènes en jeu lors d’un procédé spécifique est difficile à définir. Ainsi, lorsqu’on tente de modéliser un nouveau procédé, la sélection du modèle à utiliser peut être problématique. Une des options intéressantes est la sélection d’un modèle provenant de la littérature et adapté au procédé utilisé. L’information contenue dans le modèle doit alors être évaluée en fonction des phénomènes observables dans les conditions d’opération. Souvent, les modèles provenant de la littérature sont surparamétrés pour l’utilisation dans les conditions d’opération des procédés ciblées. Cela fait en sorte de causer des problèmes d’identifiabilité des paramètres. De plus, l’ensemble des variables d’état utilisées dans le modèle n’est pas nécessairement mesuré dans les conditions d’opération normales. L’objectif de ce projet est de cibler l’information utilisable contenue dans les modèles par la simplification méthodique de ceux-ci. En effet, la simplification des modèles permet une meilleure compréhension des dynamiques à l’oeuvre dans le procédé. Ce projet a permis de définir et d’évaluer trois méthodes de simplification de modèles mathématiques servant à décrire un procédé de culture cellulaire. La première méthode est basée sur l’application de critères sur les différents éléments du modèle, la deuxième est basée sur l’utilisation d’un critère d’information du type d’Akaike et la troisième considère la réduction d’ordre du modèle par retrait de variables d’état. Les résultats de ces méthodes de simplification sont présentés à l’aide de quatre modèles cellulaires provenant de la littérature.

Le rétrécissement aortique calcifie (RAC) est la valvulopathie la plus fréquente dans les pays occidentaux et touche environ 2% des sujets de plus de 65 ans. Initialement considérée comme une dégénérescence passive de la valve aortique liée à l’âge, le RAC est actuellement considéré comme une pathologie complexe et hautement régulée et qui aboutit à un épaississement et à une calcification des feuillets valvulaires aortiques. A ce jour les mécanismes initiateurs et favorisant la progression du RAC ne sont pas complètement élucidés, et d’autre part, aucun traitement ne s’est avéré efficace pour ralentir ou stopper son évolution. Le remplacement valvulaire aortique (chirurgical ou percutané) reste le seul traitement en cas de rétrécissement aortique serré. D’autre part, il n’existe aucun modèle animal fiable et reproductible du RAC permettant de mieux comprendre la physiopathologie de cette valvulopathie et de tester de nouvelles cibles thérapeutiques. Dans le laboratoire, nous avons fait l’hypothèse que la dysfonction de l’endothélium valvulaire jouait un rôle important dans l’initiation et la progression du RAC, et nous souhaitons utiliser un modèle animal permettant d’évaluer l’effet de nouvelles thérapeutiques. Ce travail porte donc sur l’évaluation du rôle du système endothélinergique dans la sténose aortique calcifiée et le développement d’un nouveau modèle animal murin de RAC. Dans notre première étude, nous nous sommes intéressés au modèle de souris EgfrWa2/Wa2. Ce modèle est induit par la substitution du résidu amine glycine par une valine. Les souris EgfrWa2/Wa2 homozygotes pour la mutation voient leur activité tyrosine kinase diminuée de 90%. Ce modèle induit un épaississement fibreux des feuillets valvulaires avec peu de calcifications. Cependant, l’augmentation du flux transaortique n’est pas liée a un RAC mais a une insuffisance aortique (IA). Nous avons évalué dans ce modèle l’effet d’un régime enrichi en graisse et d’une supplémentation en vitamine D3. Malgré une augmentation des taux sériquesdu cholestérol, de la vitamine D3 et de la calcémie, nous n’avons pas observé d’augmentation de la calcification. Le modèle EgfrWa2/Wa2 reste essentiellement un modèle d’IA avec le développement d’un RAC qui reste rare ou absent. Dans notre seconde étude, nous avons évalué le rôle du système endothélinergique dans des cultures primaires de cellules valvulaires interstitielles (hVICs) et endothéliales (hVECs) humaines, prélevées lors d’un remplacement valvulaire aortique chirurgical chez des patients ayant un RAC serré. Les valves de patients traités par une intervention de Bentall ont été utilisées comme groupe contrôle. Nous avons tout d’abord observé, par RT-PCR quantitative, que les hVECs issues de valves sténosées présentaient une augmentation non significative de l’ARNm codant pour l’endothéline et une augmentation significative de l’ARNm codant pour le récepteur ET-B, ainsi qu’une diminution significative de l’enzyme de conversion de l’endothéline dans les hVECs par rapport aux hVECs issues de valves contrôles. Le récepteur ET-B était également surexprimé dans les hVICs par rapport aux valves contrôles. En revanche, nous n’avons pas retrouvé de variation d’expression du récepteur ET-A dans les hVICs. Nous avons ensuite évalué l’effet de l’endotheline-1 (ET-1) dans les hVICs. Nous avons retrouvé que les hVICs calcifient lorsqu’elles sont en présence d’ET-1. Ces données suggèrent une implication du système endothélinergique dans la calcification valvulaire aortique. Des études complémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre son implication, notamment en évaluant l’effet d’antagoniste des récepteurs de l’endothéline dans des cultures de hVICs puis dans un modèle animal fiable mimant cette pathologie
Aortic stenosis (AS) is the most common valvulopathy in Western countries and affects approximately 2% of subjects over 65 years of age. Originally considered a passive age-related degeneration of the aortic valve, AS is currently considered a complex and highly regulated pathology that results in thickening and calcification of aortic valve leaflets. To date the mechanisms initiating and promoting the progression of AS are not completely understood and secondly, no treatment has been effective to slow or stop its evolution. Aortic valve replacement (surgical or percutaneous) remains the only treatment for severe aortic stenosis. On the other hand, there is no reliable and reproducible animal model of AS to better understand the pathophysiology of this valvulopathy and to test new therapeutic targets. In the laboratory, we hypothesized that valvular endothelial dysfunction plays an important role in the initiation and progression of AS and we wish to use an animal model to evaluate the effect of new therapeutics. This work focuses on assessing the role of the endothelinergic system in AS and the development of a novel mouse animal model of AS. First, we used the EgfrWa2/Wa2 mouse model. This model is induced by the substitution of the amino glycine residue by a valine. The EgfrWa2/Wa2 mice homozygous for the mutation have their tyrosine kinase activity decreased by 90%. This model induces fibrous thickening of the leaflets with little calcification, but the increase in transaortic flow is not related to AS but to aortic regurgitation (AR). In this model we evaluated the effect of a fat-enriched diet and vitamin D3 supplementation. Despite increased serum levels of cholesterol, vitamin D3 and serum calcium, we did not observe an increase in calcification. The EgfrWa2/Wa2 model remains essentially a model of AR whereas AS remains rare or absent. Second, we evaluated the role of the endothelinergic system in primary cultures of human interstitial valvular (hVICs) and endothelial (hVECs) cells, obtained from AS patients treated by surgical aortic valve replacement. The valves of patients treated by a Bentall procedure were used as a control group. We first observed, by quantitative RT-PCR, that stenotic valves showed an increase in mRNA encoding endothelin and for its ET-B receptor and a decrease in the endothelin converting enzyme in the hVECs compared to the control valves. The ET-B receptor was also overexpressed in the hVICs compared to the control valves. We did not find any variation in expression of its ET-A receptor in hVICs. We then assessed the effect of endothelin-1 (ET-1) in the hVICs. We found that hVICs calcify when they are in the presence of ET-1. These data suggest involvement of the endothelinergic system in aortic valve calcification. Further studies are needed to better understand its involvement, notably by evaluating the effect of endothelin receptor antagonist in hVICs cultures and then in a reliable animal model mimicking this pathology

En Amérique du Nord, le cancer de l’ovaire est parmi les cancers gynécologiques les plus mortels. Seulement au Canada, en 2004, on estime que le taux de mortalité causé par ce type de cancer est de 66%. Plusieurs équipes de recherche partout à travers le monde mettent beaucoup d’efforts afin de comprendre la physiopathologie de cette maladie. Cependant, un des obstacles majeurs à l’avancement des connaissances dans ce domaine est le nombre restreint de bons modèles cellulaires et animaux. Afin de pouvoir fournir de nouveaux modèles de cellules cancéreuses au monde de la recherche, deux nouvelles lignées cellulaires de cancer ovarien (OVC-116-A et COV-2) ont été établies et caractérisées. Celles-ci ont été caractérisées au niveau de leurs paramètres de croissance (courbe de croissance, clonogénécité, croissance en sphéroïde) et ces analyses ont montré que les deux modèles cellulaires se comportent de façon sensiblement similaire en culture. De plus, le statut de plusieurs marqueurs cellulaires tels les récepteurs de la famille EGFR, les cadhérines classiques ainsi que des récepteurs hormonaux a été évalué pour chaque lignée cellulaire. La tumorigénicité in vivo a aussi été étudiée par des injections sous-cutanées de cellules cancéreuses dans des souris SCID et des souris NUDE et par des injections intrapéritonéales dans des souris SCID. Les deux nouvelles lignées cellulaires croissent dans les animaux. De façon spécifique, la lignée OVC-116-A a montré une croissance très rapide in vivo (environ 14 jours sous-cutanés pour former une tumeur de 1 centimètre de diamètre et 28 jours intrapéritonéal) alors que la lignée COV-2 a montré le phénotype contraire, soit une croissance lente in vivo, lorsqu’injectée dans les animaux. D’autres analyses moléculaires comme des analyses de mutations des gènes TP53, BRCA1, BRCA2 et KRAS ainsi que des caryotypes ont été faits sur chacune des lignées. La lignée OVC-116-A présente une mutation dans l’exon 7 du gène TP53 et une mutation dans le codon 13 du gène de KRAS. Cette lignée cellulaire présente aussi un caryotype simple caractérisé principalement par une trisomie 10 et une translocation entre le chromosome 6 et le chromosome 15. La lignée cellulaire COV-2, quant à elle, montre aussi une mutation dans l’exon 8 du gène TP53 mais aucune mutation dans le gène KRAS. Le caryotype de cette lignée est de type complexe présentant plusieurs trisomies, des tétrasomies et des translocations multiples sur des chromosomes. Finalement, la sensibilité des nouvelles lignées cellulaires aux agents chimiothérapeutiques les plus utilisés durant traitement du cancer ovarien (Cisplatin et Taxol) a été évaluée. Suite à ces résultats, la lignée COV-2 semble être un bon modèle pour étudier la chimiorésistance, car cette lignée semble être résistante à ces drogues. Des études de la viabilité en sphéroïde et à la résistance à l’anoïkose ont démontré que la lignée OVC-116-A est un bon modèle de résistance à l’anoïkose. Par des essais qualitatifs, il a été montré que lorsque cette lignée cellulaire croît en sphéroïde, elle ne montre que très peu de signes de mortalité cellulaire. De plus, par des essais semi-quantitatifs, il a été suggéré que OVC-116-A a la capacité de pouvoir proliférer lorsque celle-ci est maintenue en suspension. Aussi, par une technique quantitative comme un ELISA de type sandwich, il a été possible de montré aucune induction de l’anoïkose que lorsque OVC-116-A croît en sphéroïde. Des immunobuvardages de type Western ont confirmé ces résultats en observant que la pro-caspase 9 et la pro-caspase 3 n’étaient pas activées et que la protéine PARP, substrat de la caspase 3 n’était pas clivée. De plus, les résultats ont montré une surexpression de la protéine Bcl-2 dans les sphéroïdes OVC- 116-A. Cette constatation a permis d’émettre l’hypothèse que la protéine Bcl-2 pourrait jouer un rôle déterminant dans la survie en suspension des cellules de cancer ovarien. Nos résultats suggèrent donc que les nouvelles lignées cellulaires OVC-116-A et COV-2 représentent de bons modèles cellulaires pour étudier la résistance à l’anoïkose des cellules de cancer ovarien et la résistance aux drogues chimiothérapeutiques.

Ce travail de thèse porte sur le développement de modèles cellulaires murins de l'ataxie de Friedreich, maladie neurodégénérative autosomique récessive due à une perte de fonction de la frataxine. Le premier modèle reproduit le déficit partiel en frataxine observé chez la grande majorité des patients, grâce à l'utilisation d'un ribozyme. Ce modèle cellulaire a été utilisé pour cribler une chimiothèque d'un millier de composés à la recherche de molécules thérapeutiques. J'ai par la suite mis en place une stratégie d'invalidation complète du gène murin de la frataxine par utilisation d’une recombinase fluorescente et d’un allèle conditionnel. Alors que l'invalidation complète de la frataxine dans des fibroblastes immortalisés entraîne un phénotype létal, l'expression transgénique de différents variants de frataxine humaine porteurs de mutations faux-sens (G130V et I154F) permet de restaurer la viabilité des cellules totalement déficientes en frataxine murine endogène. Ces premiers modèles cellulaires porteurs de mutations faux-sens présentent un phénotype spécifique de la pathologie , corrélé à la sévérité clinique des mutations
Friedreich ataxia (FRDA) is an autosomic recessive neurodegenerative disease due to a loss of function of frataxin. My thesis project was to develop cellular models to unravel frataxin function and FRDA physiopathology and to identify new therapeutic molecules. The first model reproduced frataxin partial deficiency, as observed in a vast majority of patients, by using a ribozyme strategy targeted against murine frataxin. This cellular model has been used to screen a one-thousand compounds library for therapeutic molecules. Moreover I have set up a strategy based on complete inactivation of the murine frataxin gene by using a fluorescent recombinase associated with frataxin conditional allele. Complete frataxin deficiency in murine immortalized fibroblasts led to cell death. However this lethal phenotype could be rescued by transgenic expression of some human frataxin missense mutants (G130V and I154F). These first missense mutants cellular models displayed a spontaneous phenotype specific for Friedreich ataxia and the severity of the model was correlated with the clinical consequences of the mutations

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009
Les réponses cellulaires et moléculaires qui sont mises en place après une lésion de la moelle épinière et des nerfs périphériques diffèrent. Les processus de réparation qui veillent à rétablir l’intégrité tissulaire favorisent la régénération axonale seulement dans le système nerveux périphérique (SNP) lésé. Des inhibiteurs associés aux débris de myéline exerceraient un blocage de la repousse axonale dans le système nerveux central (SNC) lésé. L’objectif de cette étude visait, dans un premier temps, à répertorier et à mesurer l’expression génique des récepteurs connus de ces inhibiteurs dans toutes les régions encéphaliques de la souris avant et à la suite d’une contusion de la moelle épinère. Les résultats démontrent que les expressions des récepteurs NGR1, NGR2 et LINGO-1 sont les plus importantes et disséminées dans tout le cerveau. L’expression du co-récepteur p75NTR est plus restreinte, mais détectable dans certaines voies surpra-spinales, tandis que l’expression de TROY est presque inexistante. L’expression de ces récepteurs ne varie pas suivant un traumatisme de la moelle épinière au niveau thoracique. À l’opposé, les débris de myéline sont rapidement neutralisés par les cellules immunitaires dans le SNP lésé, ouvrant la voie à la régénération axonale. Pour évaluer la corrélation possible entre la régénération axonale et le recrutement des cellules immunitaires, nous avons étudié la repousse des axones du nerf sciatique chez la souris transgénique CD11b-TKmt-30 dans laquelle des traitements au ganciclovir entraînent la mort des cellules myéloïdes, normalement recrutées au site de lésion et dans le segment nerveux distal. Les résultats indiquent qu’en diminuant l’apport en cellules immunitaires myéloïdes (CD11b+), le rétablissement des fonctions sensori-motrices est compromis et associé à une absence de régénération axonale, une accumulation des débris de myéline, une déprivation en neurotrophines et à une déstablilisation de la vasculature et/ou une inhibition de l’angiogénèse. Ainsi, les cellules immunitaires (CD11b+) sont requises pour supporter la régénération axonale par de multiples mécanismes. En contrepartie, les cellules immunitaires ont un accès restreint au SNC ce qui abrogerait la régénération des voies supra-spinales lésées par l’action des inhibiteurs associés à la myéline reconnaissant leur récepteur à la surface des cônes de à croisssance.
The cellular and molecular responses that are activated after spinal cord and peripheral nerve injuries are quite distinct. These processes help restore tissue integrity and facilitate axonal regeneration in the injured peripheral nervous system (PNS). In the injured central nervous system (CNS), axonal regrowth is believed to be prevented by several myelin-associated inhibitors. The goal of this study is to examine and measure mRNA expression for the most studied myelin-associated inhibitors in the brain before and after a spinal cord contusion. Results show that NGR1, NGR2 and LINGO-1 are widely expressed throughout the mouse brain. In contrast, the co-receptor p75NTR is more specifically expressed in neuronal descending pathways from the brainstem, whereas TROY mRNA expression is absent. Notably, expression for these receptors was not modulated after trauma. Because myelin debris are efficiently cleared by immune cells after PNS lesion, axonal regeneration can proceed. To prove the link between axonal regeneration and the recruitment of immune cells, we have studied sciatic nerve regeneration in the CD11b-TKmt-30 transgenic mouse model in which the recruitment of myeloid cells is severely impeded by ganciclovir treatments. Results demonstrate that depletion of myeloid CD11b+ cells leads to severe deficits in recovery of sensory-motor functions that are associated with axonal regeneration failure, myelin debris accumulation, decrease of neurotrophin expression, and vascular destabilization and/or angiogenesis inhibition. Thus, CD11b+ myeloid cells are required to stimulate axonal regeneration via multiple mechanims. These results also suggest that the limited access of immune cells in the injured CNS could be, at least partly, responsible for the lack of regeneration of central axons.