Rozprawy doktorskie na temat „Interactions entre tissus”

Alors que les signaux biochimiques impliqués dans la croissance axonale et la migration neuronale sont largement étudiés, la contribution des signaux mécaniques dans la formation des circuits neuronaux reste peu explorée in vivo. Nous cherchons à étudier comment les forces mécaniques contribuent à la formation du circuit olfactif du poisson-zèbre. Ce circuit se développe durant la morphogénèse de la placode olfactive (PO), par le mouvement passif des corps cellulaires qui s’éloignent de l’extrémité de leurs axones. Mes travaux de thèse s’intéressent à la contribution mécanique de l’œil, qui se forme sous la PO par des mouvements d’évagination et d’invagination, à cette migration passive des neurones et à l’extension de leurs axones. L'analyse quantitative des mouvements cellulaires a tout d’abord révélé que les mouvements des cellules de la PO et de l’œil sont corrélés. Chez des embryons dans lesquels l’œil ne se développe pas, les mouvements des cellules de la PO sont affectés, ce qui produit des PO plus fines et des axones plus courts, et la tension mécanique dans la direction d’élongation des axones dans la PO est réduite. Enfin, la matrice extracellulaire s’accumule à l’interface oeil/PO et sa dégradation enzymatique réduit la corrélation entre les mouvements des cellules de la PO et de l’œil. Ces résultats suggèrent que l’œil en formation exerce des forces de traction sur la PO, transmises par la matrice, entrainant le mouvement des neurones et l’extension des axones. Ce travail apporte un éclairage nouveau sur le rôle des forces mécaniques échangées entre les neurones en développement et les tissus environnants dans la formation des circuits neuronaux in vivo
Whereas the biochemical signals guiding axon growth and neuronal migration are extensively studied, the contribution of mechanical cues in neuronal circuit formation is still poorly explored in vivo. We aim at investigating how mechanical forces influence the construction of the zebrafish olfactory circuit. This circuit forms during the morphogenesis of the olfactory placode (OP) by the passive displacement of neuronal cell bodies away from the tip of their axons. My PhD work focuses on the mechanical contribution of the adjacent eye tissue, which develops underneath the OP through extensive evagination and invagination movements, to this passive neuronal migration and to their associated axon elongation. Quantitative live cell imaging analysis during OP morphogenesis first revealed that OP and eye cells undergo correlated movements. In embryos lacking eyes, the movements of OP cell bodies are affected, resulting in thinner placodes and shorter axons, and the mechanical stress along the direction of axon elongation within the OP is reduced. Finally, extracellular matrix was observed to accumulate at the eye/OP interface, and its enzymatic degradation decreased the correlation between OP and eye cell movements. Altogether, these results suggest that the developing eye exerts traction forces on the OP through extracellular matrix, mediating proper neuronal movements and axon extension. This work sheds new light on the role of mechanical forces exchanged between developing neurons and surrounding tissues in the sculpting of neuronal circuits in vivo

Les travaux de recherche présentés pour l'habilitation à diriger des recherches, visent à proposer de nouveaux outils pour simuler des interventions médicales et chirurgicales. Ces outils ont plusieurs applications dont l'amélioration de la formation des praticiens, la planification d'interventions pour la préparation et la validation d'une thérapie ou encore l'assistance au geste médical durant une intervention. Or, pour simuler ces interventions de manière réaliste voire prédictive, il faut tenir compte de la déformation des structures anatomiques et des interactions mécaniques entre les outils et les organes. En même temps, la simulation doit être interactive et calculée en temps-réel pour garder le geste du praticien dans la boucle de la simulation. Le défi majeur de notre travail est donc de garantir un calcul précis au niveau de la simulation tout en gardant un temps de calcul très court, qui soit compatible avec le temps-réel. D'abord, nous proposons une formulation optimisée de la méthode par éléments finis (FEM) et de nouveaux outils numériques (pré-conditionneurs, couplage entre modèles...) dédiés à au calcul FEM temps-réel. Cette approche est utilisée pour calculer la biomécanique des déformations des tissus anatomiques et les instruments flexibles. Nous abordons ensuite un autre point clé de ces simulations que sont les conditions aux limites. Les interactions mécaniques entre organes et/ou entre les outils chirurgicaux et les tissus sont souvent complexes à modéliser. Or, une mauvaise prise en compte de ces interactions peut aboutir à des erreurs importantes. Notre approche suit les bases de la mécanique non-régulière pour gérer, notamment, le contact et le frottement entre solides. Nous étendons l'approche à d'autres modèles d'interaction (comme l'insertion d'aiguille par exemple). Dans ce contexte, nous mettons l'accent sur le calcul de la compliance des structures en temps-réel. Par ailleurs, pour certaines interventions où le retour visuel n'est pas parfait, le praticien se guide aussi avec le sens du toucher. Il est donc important de reproduire au moins partiellement cette sensation - dite haptique - avec des interfaces à retour d'effort, pilotée à partir des données de la simulation. Dans ce domaine, nous proposons une approche centrée sur le rendu haptique des interactions mécaniques entre outil chirurgical et tissus humain. Cette approche se base notamment sur une désynchronisation du calcul de la boucle de simulation et de la boucle de retour d'effort qui demande un rafraichissement à haute fréquence (1kHz). Finalement, nous présentons ces résultats de recherche sur des exemples concrets d'application et nous présentons les défis à venir pour permettre à la simulation de devenir un outil utilisé par les praticiens à l'avenir. Le manuscrit est en anglais.

Ma première hypothèse était que l’hypoxie intermittente chronique (secondaire au syndrome d’apnées du sommeil) exercerait un effet additionnel délétère sur la sévérité des lésions hépatiques et sur les caractéristiques du Tissu adipeux (TA). Utilisant plusieurs modèles, j’ai pu démontrer que l’HIC aggravait la sévérité de l’atteinte hépatique chez l’obèse morbide, et induisait la NASH dans un modèle de corpulence normale. Au niveau du tissu adipeux, si l’HIC induit la vascularisation, en revanche il n'existe aucun effet significatif de l’HIC sur l'inflammation ou le niveau de fibrose. Dans un deuxième travail, j’ai analysé l’influence de l’âge et de la durée de l’obésité sur les caractéristiques du TA et sur la sévérité de la NAFLD au cours de l’obésité. Ce travail montre une différence des caractéristiques du TA dans le groupe « adolescents/jeunes adultes » vs. « adultes matures », suggérant un effet de l’âge mais pas d’effet additionnel de la durée de l’obésité. En revanche, au niveau hépatique il existe un effet additionnel de l’âge et de la durée de l’obésité sur la sévérité des lésions hépatiques (stéatose plus marquée et NASH plus sévère). En conclusion : Au cours de l’obésité, certains facteurs individuels et comorbidités et exercent un effet délétère additionnel sur les caractéristiques des organes de stockage que sont le foie et le TA. L’impact sur les altérations hépatiques semble néanmoins plus marqué. Ces approches tissulaires pourraient être utiles pour mieux stratifier l’obésité et permettre d’envisager dans le futur des mesures préventives de santé publique voire une prise en charge médicale agressive plus précoce
My first hypothesis is that chronic intermittent hypoxia due to obstructive sleep apnea is responsible for increased severity of NAFLD lesions and adipose tissue characteristics’. Using several models, I demonstrated that CIH exacerbate liver pathology in morbid obesity and induces NAFLD in normal weight mice. By contrast, HIC only induces angiogenesis in adipose tissue without affecting inflammation or fibrosis levels. In a second work, I evaluated the influence of age and obesity duration on adipose tissue characteristics and on NAFLD severity during morbid obesity. The results display differences in adipose tissue between young adults and mature adults suggesting an effect of age but no additional impact of obesity duration. By contrast, both age and obesity duration exacerbate NAFLD severity. In conclusion: during obesity some individual factors and obesity related comorbidity impact on the characteristics of storage organs such as liver and adipose tissue. Nevertheless, the effect on liver is much more pronounced. This tissue phenotyping could help better stratify obesity in order to draw some preventive health care measures or even, take care of obesity earlier and more aggressively

Le système nerveux entérique (SNE) provient des cellules de crête neurale entériques (CCNEs) qui migrent au sein de l'intestin embryonnaire, prolifèrent et se différencient en cellules gliales et neurones formant des ganglions interconnectés. Mon projet de thèse vise à comprendre comment les propriétés biochimiques et mécaniques de l'intestin embryonnaire influencent la colonisation et la différenciation des ccnes. L'absence d'endothéline-3 (EDN3), un facteur biochimique exprimé dans la paroi intestinale, est une des causes de la maladie de hirschsprung, caracterisée par une aganglionose du côlon distal. Nous montrons pour la première fois que l'EDN3 stimule l'adhésivité des CCNEs en augmentant leurs adhérences focales dépendantes des intégrines beta1 ainsi que la dynamique de leurs protrusions membranaires. De plus, nous avons mis en évidence l'existence d'une interaction génétique entre Edn3 et Itgb1 gouvernant le développement du SNE. Par ailleurs, les propriétés mécaniques du microenvironnement influençant la migration et la différenciation cellulaire , nous avons analysé par des approches biophysiques les propriétés élastiques de l'intestin embryonnaire et leurs impacts sur les comportements des ccnes. Nous avons montré que l'intestin embryonnaire se rigidifie au cours de son developpement et que la migration en 3D des CCNEs est inhibée lorsque la rigidité de l'environnement dépasse un certain seuil. Enfin, nous avons démarré l'analyse de l'effet de l'élasticité sur la différenciation des progéniteurs entériques. L'ensemble de nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes contrôlant le développement du SNE
The enteric nervous system (ENS) is derived from enteric neural crest cells (ENCC) that migrate along the length of the intestine through the gut mesenchyme. During this process, ENCC proliferate and differentiate into glial cells and neurons, which aggregate into ganglia. The aim of my thesis is to study how biochemical and mechanical properties of the gut tissue influence ENCC colonization and fate during embryogenesis. The absence of endothelin-3 (EDN3), a small peptide trapped in the embryonic gut mesenchyme, is one of the causes leading to hirschsprung disease, characterized by an aganglionosis of the distal colon. We highlighted for the first time that EDN3 increases ENCC adhesion properties throught 1-integrins focal adhesions and modulates their protrusion dynamics. Moreover, we evidenced a genetic interaction between Edn3 and Itgb1 during ENS development. Also, it is now well established that mechanical properties of the microenvironment influence fundamental mechanisms such as cell migration and cell fate determination. Thus, we analysed whether the mechanical properties of the ENCC’s environment influence their behaviours. Using biophysical approaches, we evidenced a physiological stiffening of the embryonic gut during its development and showed that ENCC migration in 3D is inhibited above a certain rigidity threshold. Finally, we begun to analyse the influence of the elastic properties of the environment onto enteric progenitor cells differenciation, taking advantage of the neurosphere culture system. All together, our results contribute to the understanding of the molecular and cellular mechanisms driving physiological and pathological ENS ontogenesis

Le système nerveux entérique (SNE) provient des cellules de crête neurale entériques (CCNEs) qui migrent au sein de l'intestin embryonnaire, prolifèrent et se différencient en cellules gliales et neurones formant des ganglions interconnectés. Mon projet de thèse vise à comprendre comment les propriétés biochimiques et mécaniques de l'intestin embryonnaire influencent la colonisation et la différenciation des ccnes. L'absence d'endothéline-3 (EDN3), un facteur biochimique exprimé dans la paroi intestinale, est une des causes de la maladie de hirschsprung, caracterisée par une aganglionose du côlon distal. Nous montrons pour la première fois que l'EDN3 stimule l'adhésivité des CCNEs en augmentant leurs adhérences focales dépendantes des intégrines beta1 ainsi que la dynamique de leurs protrusions membranaires. De plus, nous avons mis en évidence l'existence d'une interaction génétique entre Edn3 et Itgb1 gouvernant le développement du SNE. Par ailleurs, les propriétés mécaniques du microenvironnement influençant la migration et la différenciation cellulaire , nous avons analysé par des approches biophysiques les propriétés élastiques de l'intestin embryonnaire et leurs impacts sur les comportements des ccnes. Nous avons montré que l'intestin embryonnaire se rigidifie au cours de son developpement et que la migration en 3D des CCNEs est inhibée lorsque la rigidité de l'environnement dépasse un certain seuil. Enfin, nous avons démarré l'analyse de l'effet de l'élasticité sur la différenciation des progéniteurs entériques. L'ensemble de nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes contrôlant le développement du SNE
The enteric nervous system (ENS) is derived from enteric neural crest cells (ENCC) that migrate along the length of the intestine through the gut mesenchyme. During this process, ENCC proliferate and differentiate into glial cells and neurons, which aggregate into ganglia. The aim of my thesis is to study how biochemical and mechanical properties of the gut tissue influence ENCC colonization and fate during embryogenesis. The absence of endothelin-3 (EDN3), a small peptide trapped in the embryonic gut mesenchyme, is one of the causes leading to hirschsprung disease, characterized by an aganglionosis of the distal colon. We highlighted for the first time that EDN3 increases ENCC adhesion properties throught 1-integrins focal adhesions and modulates their protrusion dynamics. Moreover, we evidenced a genetic interaction between Edn3 and Itgb1 during ENS development. Also, it is now well established that mechanical properties of the microenvironment influence fundamental mechanisms such as cell migration and cell fate determination. Thus, we analysed whether the mechanical properties of the ENCC’s environment influence their behaviours. Using biophysical approaches, we evidenced a physiological stiffening of the embryonic gut during its development and showed that ENCC migration in 3D is inhibited above a certain rigidity threshold. Finally, we begun to analyse the influence of the elastic properties of the environment onto enteric progenitor cells differenciation, taking advantage of the neurosphere culture system. All together, our results contribute to the understanding of the molecular and cellular mechanisms driving physiological and pathological ENS ontogenesis

Le tissu adipeux obèse produit davantage de facteurs inflammatoires notamment par sa fraction stroma vasculaire incluant les macrophages. En présence de facteurs sécrétés par les macrophages, les préadipocytes humains développent, outre une altération de leur différenciation, un état inflammatoire ainsi que des capacités accrues à proliférer et à migrer. Ces modifications phénotypiques des préadipocytes s’accompagnent d’un profond remodelage de leur matrice extracellulaire. Des gènes d’intérêt potentiel dans l’obésité ont également été identifiés : CCL5 qui jouerait un rôle dans l’accumulation et la survie des macrophages du tissu adipeux et l’inhibine beta A dont nous montrons l’activité profibrotique dans les préadipocytes. Ainsi, au cours de l’obésité, le tissu adipeux serait le site d’interactions majeures entre les préadipocytes et les macrophages, contribuant probablement aux perturbations morphologiques et fonctionnelles de ce tissu, à l’instar de l’apparition de fibrose.

La résistance à l'insuline est au centre des différentes anomalies qui composent le syndrome X. La compréhension des évènements qui causent la résistance à l'insuline de même que des altérations qu'elle engendre demeure donc essentielle. Nous nous sommes intéressés à la signalisation de l'insuline et de l'angiotensine II dans deux tissus, soit le tissu adipeux et la glande surrénale. Le modèle de rat fructosé a été utilisé pour étudier le syndrome de résistance à l'insuline. Nous souhaitions ainsi vérifier s'il existait des interactions entre l'angiotensine II et la signalisation de l'insuline ou encore si la signalisation de l'angiotensine II était perturbée lors de la résistance à l'insuline. L'évaluation de plusieurs paramètres métaboliques et hormonaux nous a permis de déterminer que le modèle de résistance à l'insuline choisi était valide. Nous avons mesuré la production d'inositols phosphates ainsi que l'activation des p42/p44[indice supérieur MAPK] dans les adipocytes et les cellules glomérulées de la glande surrénale."--Résumé abrégé par UMI.

Un nombre croissant de travaux suggère qu'il existe une forte interaction entre estrogènes et contraintes mécaniques sur le métabolisme osseux. Ces interactions se produisent au moins en partie au niveau des ostéoblastes. Nous avons testé l'hypothèse que les interactions entre les estrogènes et les contraintes mécaniques sur l'activité des ostéoblastes variaient selon l'activation préférentielle du type de ER. Notre étude a cherché à analyser les effets de chaque stimulus (contrainte mécanique, MS et/ou 17Beta-estradiol, E2) sur la prolifération, la différenciation des cellules ostéoblastiques mais aussi sur le facteur de transcription NFkB. Le premier modèle cellulaire in vitro retenu était celui d'une lignée cellulaire ostéosarcomateuse humaine, les U2OS sur-exprimant de manière stable les récepteurs ERalpha et ERbeta. Le deuxième modèle était une lignée cellulaire ostéosarcomateuse de rat, les ROS17/2. 8. Ces cellules ont été soumises à des régimes de contraintes (1-1. 5% d'étirement pendant 10 minutes/24 heures) grâce à une unité de culture FLEXERCELL, en présence ou pas de E2 (10-8 M)
The interactions between mechanical strain and estrogens on bone metabolism have been previously investigated. There is good evidence that at the cellular level, these interactions occur in osteoblasts. Osteoblasts express both forms of estrogen receptors (ER) ERalpha and ERbeta, and previous studies have suggested a specific role for each receptor. Therefore, our working hypothesis was that interactions between E and mechanical strain on osteoblast activity vary depending on which ER is preferentially activated. We the evaluated the interactions between mechanotransduction and E2-induced biochemical cascade through transcription factor (NFkB) activation. On ROS17/2. 8, MS alone increased cytosolic level of free NFkB whereas no modification was observed after administration of MS with E2 suggesting that E could blunt the activation of this pathway under mechanical strain. Because of the stimulatory effect of the latter on osteoclastogenesis, this interaction could explain at least in part, the synergism observed in vivo between E and exercise

L'ostéogenèse repose sur une coordination étroite entre l'activité de formation et l'activité de résorption du tissu osseux, mais aussi avec l'angiogenèse. Nous nous sommes donc intéressés au rôle potentiel des cellules responsables de la formation osseuse. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle in vitro de co-culture entre des cellules endothéliales humaines de veine ombilicale (HUVEC) et des ostéoprogéniteurs humains (HOP). Pour étudier spécifiquement l'effet des HUVEC sur le phénotype des HOP, nous avons validé une technique de séparation de ces deux types cellulaires après co-culture à l'aide de billes magnétiques. Nous avons pu montrer que les HUVEC régulent le phénotype des HOP, aussi bien sur le plan de leur différenciation que de leur capacité à produire une matrice extracellulaire de type osseux. Les jonctions communicantes seraient impliquées dans cette interaction cellulaire
Osteogenesis relies on a tightly regulated balance between bone formation and bone resorption. This process also occurs in striking interaction with angiogenesis. Assuming that endothelial cells are located in the very close vicinity of bone formation sites, we have been inerested in the potential involvement of endothelial cells and the gap jonctionnal Connexin43 in osteoprogenitors differentiation. To assess this question, we took advantage of the in vitro model of Human Umbilical Vein Endothelial Cells and Human Osteoprogenitors in a co-culture with physical contact. In order to analyze any effect of the co-culture on the phenotype of the HOP specifically, we validated an immuno-magnetic based cell enrichment method. Then, we are able to show that the co-culture triggers complex transcriptome alterations in the HOP, in terms of osteoblatic lineage differentiation as well as bone-related matrix production. Cx43 should be involved in this process

L'obésité isolée, se caractérise par une morbi mortalité cardiovasculaire spécifique. L'excès du tissu adipeux a un impact direct sur le tissu myocardique au travers des peptides qu'il sécrète et de ses effets sur le système nerveux autonome. Dans un modèle canin d'obésité nutritionnelle, nous montrons que le syndrome métabolique modifie l'activité du système nerveux autonome responsable d'anomalies de la repolarisation ventriculaire dynamique. Nous avons validé ce paramètre chez l'homme, comme facteur pronostic de mort subite dans l'insuffisance cardiaque et mis en évidence que l'obésité seule altérait la repolarisation ventriculaire des patients. L'amaigrissement entraîne une normalisation de ces anomalies. Dans un deuxième temps, l'étude du transcriptome cardiaque nous a permis d'identifier l'ensemble des modifications moléculaires induites par l'obésité chez l'animal et chez l'homme. Nous montrons que l'obésité modifie précocement et spécifiquement l'expression génique. Enfin, la recherche des déterminants responsables de ces modifications cardiaques, montre que l'adrénomedulline sécrétée par le tissu adipeux détermine la surexpression du récepteur M2, dans le modèle de cardiomyocytes de la lignée P19. L'insuline, augmentée au cours de l'obésité, diminue l'expression du récepteur M2 dans des cardiomyocytes auriculaires de rats et rend compte des anomalies végétatives cardiaques et de leurs conséquences au cours de l'obésité
Obesity alone lead to a specific cardiovascular outcome. The excessive development of adipose tissue has a direct impact on heart through peptides secreted by adipocytes and autonomic nervous system modulation. In dogs, diet-induced obesity, through autonomic tone modulation induces dynamic ventricular repolarisation abnormalities. We validated this parameter as a prognostic factor for sudden cardiac death in heart failure patients. We also report the same repolarisation abnormalities in patients with uncomplicated obesity and show their normalisation by weight loss. A systemic study of cardiac transcriptome both in obese hypertensive dogs and in patients showed that obesity is characterised by an early, dynamic and specific molecular pattern. Finally, we identified adrenomedullin as an adipocyte secreted peptide able to upregulate M2-muscarinic receptor in cardiomyocytes derived from P19 cell line. Insulin, another elevated circulating peptide in obesity, downregulates M2-muscarinic receptor in cardiomyocytes derived from rats atrium, thus explaining obesity-related cardiovascular complications

Cette thèse apporte une solution pour permettre de couplage entre fluide et solide déformable dans le cadre d’applications médicales en temps-réel. Le modèle de couplage concerne le cas d’un film de fluide compris entre deux solides déformables. La première contribution de ce document concerne une méthode de fluide semi-lagrangienne. Nous proposons une modification d’une méthode existante pour pouvoir l’utiliser en tant que modèle de fluide 2.5D. La seconde contribution se concentre sur le modèle de couplage en lui-même où nous avons choisi de prédire le comportement de l’interface fluide-solide pendant le calcul du fluide. La troisième contribution repose sur des applications médicales basées sur cette approche. Elles contribuent dans les domaines de la chirurgie ophtalmologique et reconstruction chirurgicale
This thesis provides a solution to the coupling of a fluid with a deformable solid in the context of real-time medical applications. This work focuses on the special case of a fluid film embedded within two layers of soft tissues. The first contribution of this document is related to a semi-Lagrangian fluid method. We propose a modification of an existant method to use it as a 2.5D fluid model. The second contribution concerns the coupling model, where the behavior of the fluid-solid interface is predicted during the fluid computation. The third contribution highlights 2 medical applications which rely on this approach, in the fields of eye surgery and reconstructive surgery

Les stéatopathies métaboliques (lésions hépatiques allant de la stéatose pure, à la stéatohépatite voire à la cirrhose) sont fréquentes. L’obésité viscérale et l’insulinorésistance, états associés à une inflammation de bas grade, sont impliquées dans l’apparition des stéatopathies métaboliques. Nous avons caractérisé au niveau clinique et biologique une cohorte de patients opérés d’une chirurgie gastrique pour une obésité morbide (indice de masse corporelle supérieure à 40kg/m²). Des biopsies hépatiques et de tissu adipeux viscéral et sous-cutané ont été réalisées en cours d’intervention. Nous avons cherché à déterminer si la C Reactive Protein (CRP) et l’hepcidine, deux protéines sériques de la phase aiguë de l’inflammation, étaient impliquées au cours des lésions de stéatohépatite dans cette population. L’absence de corrélation entre la CRP et la présence d’une stéatohépatite vient de l’élévation du niveau sérique de la CRP chez l’ensemble des patients obèses morbides. Cette élévation de la CRP qui témoigne de l’inflammation chronique modérée, pourrait en partie provenir du tissu adipeux. En effet le tissu adipeux produit de la CRP (ARNm et protéine). Cette production est sous la dépendance de l’IL6. L’hepcidine est une hormone impliquée dans le métabolisme du fer. Nous avons mis en évidence pour la première fois que le tissu adipeux participe à la production d’hepcidine. Cette production est en partie régulée par l’IL6 et pourrait expliquer la fréquence de la carence martiale observée chez 53% des patientes obèses morbides de notre cohorte. La carence en fer s’améliore avec la diminution de l’inflammation systémique consécutive à la perte de poids obtenue 6 mois après la chirurgie de l’obésité
Metabolic fatty liver diseases are common and associated with insulin resistance and visceral obesity. Chronic low-grade inflammation is associated with obesity and its metabolic complications. A cohort of morbidly obese patients (body mass index up to 40kg/m²) treated by bariatric surgery has been characterized. Liver, visceral and subcutaneous adipose tissue biopsies have been collected. C reactive protein (CRP) and hepcidin, two acute phase proteins have been studied. Adipose tissue is a new source of production of CRP and hepcidin. IL6 is implicated in both productions. High hepcidin production in morbidly obese patients could be implicated in the increased prevalence of iron depletion observed in 53% patients. Systemic inflammation and iron depletion are both improved 6 months after bariatric surgery

L’objectif de cette thèse a été de caractériser in vivo et in vitro la dégénérescence rétinienne de la souris transgénique NSE-Hu-Bcl-2 (lignée 71) et d’étudier les interactions entre un tissu rétinien en dégénérescence et les cellules souches neurales dans un système in vitro. La souris transgénique NSE-Hu-Bcl-2 (lignée 71) présente une dystrophie rétinienne caractérisée par la mort initiale des cellules gliales de Müller (CGM). Des études récentes utilisant des cellules souches neurales transplantées dans le système nerveux central et la moelle épinière lésés ou dystrophiques ont montré un effet réciproque entre les cellules greffées et le tissu hôte en terme de survie, de différenciation et de plasticité. Nous avons donc recherché dans un système in vitro si de telles interactions existaient entre des cellules souches neurales, issues des éminences ganglionnaires d’embryons de souris, et les rétines dégénérescentes issues des souris NSE-Hu-Bcl-2. Notre étude a mis en exergue d’une part la nécessité d’évaluer le comportement tissulaire d’un explant après sa mise en culture et d’autre part un effet réciproque entre les cellules souches neurales et l’explant rétinien en terme de survie, de différenciation et de plasticité. Ces résultats nous permettent d’envisager la transplantation de ces cellules souches neurales dans des modèles animaux présentant une dystrophie rétinienne
The aim of this work was to characterize the retinal degeneration of the NSE-Hu-Bcl-2 transgenic mouse (line 71) both in vivo and in vitro and to study interactions between degenerating retinae and neural stem cells in an in vitro system. The NSE-Hu-Bcl-2 transgenic mouse (line 71) shows a retinal dystrophy initiated by Müller glial cell (MGC) death. Recent studies using neural stem cells transplanted in injured or dystrophic brains or spinal cords showed a reciprocal effect between the transplanted cells and the host tissue in term of survival, differentiation and plasticity. We thus assessed in culture if such interactions were existing between neural stem cells isolated from ganglionic eminences of mouse embryos and degenerating retinae of NSE-Hu-Bcl-2 transgenic mice. Our study highlighted first the necessity of assessing the behaviour of explants in culture and secondly the reciprocal effect between neural stem cells and retinae in term of survival, differentiation and plasticity. These results allow us to envisage the transplantation of these neural stem cells in animal models with retina dystrophy

Le prédiabète et le diabète de type 2 (DT2) affectent approximativement 9 millions de canadiens, soit près de 30% de la population. Le DT2 est caractérisé par une résistance à l’insuline (RI) qui ne peut être compensée par une sécrétion d’insuline augmentée. La dysfonction du tissu adipeux blanc (TAB) est centrale à ce phénomène et est caractérisée par de l’inflammation et un flux augmenté de lipides vers les tissus périphériques, dont on sait qu’ils favorisent le développement de RI et une hypersécrétion d’apoB-lipoprotéines (apoB) par le foie menant à une élévation de l’apoB plasmatique. En parallèle, les études épidémiologiques montrent que l’apoB plasmatique prédit le développement du DT2 de 3 à 10 ans avant l’apparition de la maladie, indépendamment de facteurs de risque classiques. Dans cette thèse, nous avons formulé l’hypothèse que l’augmentation de la sécrétion d’apoB-lipoprotéines secondaire à un TAB dysfonctionnel contribue à aggraver cette même dysfonction. En ce sens, les apoB-lipoprotéines et le TAB seraient le centre d’un cercle vicieux menant au développement de facteurs de risque cardiométaboliques. Au courant de cette investigation, nous avons combiné des expériences in vitro, ainsi que des analyses post-hoc sur des données in vivo et ex vivo au sein d’une population d’hommes et de femmes post-ménopausées recrutés à l’Institut de recherches cliniques de Montréal pour deux études métaboliques entre 2006 et 2019. En circulation, 90% de apoB-lipoprotéines sont des LDL. Le nombre d’apoB-lipoprotéines en circulation se mesure par l’apoB plasmatique, qui est associé au développement du TAB dysfonctionnel chez l’humain via divers mécanismes. Parmi ceux-ci, l’enrichissement postprandial des lipoprotéines riches en triglycérides (TG) par l’apolipoprotéine C-I (apoC-I) sécrétées par le TAB a été suggéré comme un facteur contributoire. Dans un premier manuscrit, nous montrons que les sujets (N=39) avec un TAB dysfonctionnel sécrètent de plus grandes quantités d’apoC-I, ce qui est associé spécifiquement à une clairance postprandiale réduite des chylomicrons. Cette dysfonction semble due à une diminution de l’hydrolyse des TG secondaire à une inhibition de la lipase lipoprotéique (LPL) des adipocytes, ce qui constitue un nouveau mécanisme par lequel le TAB contribue à l’augmentation de l’apoB plasmatique. La proprotéine convertase subtilisin-kexin type 9 (PCSK9) est une enzyme circulante qui cible les récepteurs aux apoB-lipoprotéines comme le récepteur aux LDL (LDLR) et le CD36. Une PCSK9 circulante faible combinée à un haut apoB plasmatique, donc un ratio apoB-sur-PCSK9 élevé, est fortement associée au TAB dysfonctionnel et à la RI, suggérant qu’une augmentation de l’internalisation des apoB-lipoprotéines par voie de récepteurs joue un rôle dans ces pathologies. En parallèle, les apoB-lipoprotéines, principalement les LDL natifs et oxydés, activent l’inflammasome NLRP3 (Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor, containing a Pyrin domain 3), le récepteur intracellulaire responsable de la sécrétion d’interleukine 1 bêta (IL-1), dont on sait qu’elle joue un rôle majeur dans le développement de l’inflammation liée au DT2. Dans un deuxième manuscrit, nous montrons que le ratio apoB-sur-PCSK9 plasmatique est un index, dans les états à jeun et postprandial, de l’expression des récepteurs aux apoB-lipoprotéines LDLR et CD36 en surface du TAB chez une population en surpoids ou obèse (N=31). Ce même ratio est aussi indicateur de la régulation à jeun et postprandial de l’expression de l’inflammasome NLRP3 et de l’infiltration de macrophages au sein du TAB. Finalement, les études épidémiologiques récentes suggèrent que le risque de DT2 est aussi augmenté chez les sujets avec un LDL cholestérol (LDL-C) faible causé par des variants génétiques perte-de-fonction dans le gène de la PCSK9 ou suite à une thérapie hypocholestérolémiante. Dans un troisième manuscrit, nous montrons que, chez les sujets avec LDL-C faible (<3.5mM, N=28), une PCSK9 plasmatique plus basse identifie les sujets avec une expression augmentée de LDLR et CD36 en surface de leur TAB. Malgré le LDL-C faible, les sujets avec une PCSK9 faible montraient une dysfonction du TAB et à un indice de disposition diminué et une sécrétion augmentée d’IL-1, suggérant une progression vers le DT2. Dans une exploration mécanistique, une exposition chronique des adipocytes humains SGBS aux LDL natifs induit une différenciation anormale, marquée par une diminution de leur fonction. Bien que ce phénomène soit indépendant de l’inflammasome NLRP3, qui n’est pas exprimé chez ces adipocytes, les LDL natifs induisent une augmentation du ratio de sécrétion d’IL-1 actif relativement à la pro-IL-1 inactive qui suggère une activation du système NLRP3 chez les macrophages humains THP-1. En conclusion, ces données suggèrent que le TAB dysfonctionnel contribue en partie via une sécrétion d’apoC-I à la clairance réduite des lipoprotéines et, donc, à l’hyperapoB et au risque cardiométabolique. En retour, une internalisation plus grande d’apoB-lipoprotéines par voie des récepteurs semble associée au développement d’un TAB dysfonctionnel et aux facteurs de risque cardiométaboliques associés. Au sein du TAB, au niveau cellulaire, ceci pourrait être dû à un effet concomitant des LDL natifs, qui induiraient une baisse de différenciation des préadipocytes menant à leur dysfonction ainsi qu’une activation de l’inflammasome NLRP3 chez les macrophages.
Prediabetes and type 2 diabetes (T2D) affect approximately 9 million Canadians, which represents close to 30% of the population. T2D is characterized by insulin resistance (IR) that cannot be compensated by increased insulin secretion. White adipose tissue (WAT) dysfunction is at the root of this pathology and is characterized by increased lipid flux to peripheral tissues causing IR and hypersecretion of apoB-lipoproteins (apoB) by the liver, contributing to increased plasma apoB. In line, epidemiological studies show that plasma apoB is an independent predictor of T2D development 3 to 10 years before onset. In this thesis, we formulated the hypothesis that increased secretion of apoB-lipoprotein secondary to WAT dysfunction promotes further development of this dysfunction in a feed-forward cycle that contributes to increased metabolic risk. To investigate this, we have combined in vitro experiments as well as post hoc analyses of in vivo and ex vivo data from a cohort of men and postmenopausal women recruited from two metabolic studies conducted at Institut de recherches cliniques de Montréal between 2006 and 2019. In circulation, more than 90% of apoB-lipoproteins are in the form of LDL. The number of apoB-lipoproteins (measured by plasma apoB), is associated to the development of WAT dysfunction in humans via different mechanisms. Postprandial enrichment of triglyceride-rich lipoproteins (TRL) by WAT-secreted apoC-I has been proposed as one of them. In a first manuscript, we show that subjects (N=39) with dysfunctional WAT secrete greater amount of apoC-I, which is associated specifically to delayed postprandial chylomicrons clearance in a mechanism that appears to be dependent on apoC-I-mediated inhibition of adipocyte lipoprotein lipase. This constitutes a new mechanism linking adipose tissue dysfunction to increased plasma apoB. Proprotein convertase subtilisin-kexin type 9 (PCSK9) is a circulatory enzyme that targets apoB-lipoprotein receptors, such as the LDLR and CD36, for degradation. Low circulating PCSK9 relative to high plasma apoB, expressed as a higher apoB-to-PCSK9 ratio, is strongly associated to WAT dysfunction and IR, suggesting that increased receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins plays an important role in these pathologies. In parallel, apoB-lipoproteins, mostly native and oxydized LDL, activate the NLRP3 inflammasome (Nucleotide-binding domain and Leucine-rich repeat Receptor, containing a Pyrin domain 3). The NLRP3 inflammasome is an intracellular receptor responsible for interleukin-1 beta (IL-1) secretion, which is known to be implicated in the pathogenesis of T2D. In a second manuscript, we demonstrate in overweight and obese subjects (N=31) that the apoB-to-PCSK9 is indeed an index of WAT surface-expression of LDLR and CD36 both at fasting and in the postprandial state. Similarly, the apoB-to-PCSK9 ratio is associated with chronic NLRP3 inflammasome priming at fasting and with postprandial macrophage infiltration and concomitant NLRP3 upregulation within WAT. Finally, recent epidemiological studies suggest an increased risk for T2D in subjects with low plasma LDL cholesterol (LDL-C) secondary to loss-of-function genetic variants in PCSK9, or secondary to cholesterol-lowering therapies. In a third manuscript, we show that in subjects with low LDL-C (<3.5mM, N=28), lower plasma PCSK9 identifies subjects with higher WAT LDLR and CD36 surface-expression. Despite having lower LDL-C, subjects with lower plasma PCSK9 show dysfunction WAT and decreased disposition index. Mechanistically, human SGBS adipocytes chronically exposed to native LDL show impaired differentiation and concomitant dysfunction. While this phenomenon cannot be described by NLRP3 inflammasome activation, since it is not expressed in these adipocytes, native human LDL increase the ratio of secreted active Il-1 relative to inactive pro-IL-1 suggesting activation of the NLRP3 inflammasome in human THP-1 macrophages. In conclusion, these observations suggest that dysfunctional WAT promotes delayed postprandial lipoprotein clearance via increased apoC-I secretion, thus promoting hyperapoB and increased cardiometabolic risk. In turn, upregulated receptor-mediated uptake of apoB-lipoproteins appears to be connected to the development of WAT dysfunction and associated cardiometabolic risk factors. At the cellular level within WAT, this could be secondary to a concomitant effect of LDL on preadipocytes inducing their reduced differentiation and function and on macrophage inducing activation of the NLRP3 inflammasome.