Dissertations / Theses on the topic 'Voies aériennes – Remodelage'

Le remodelage pulmonaire cause une altération de la structure du poumon et peut mener à la diminution de la fonction respiratoire. Ce remodelage peut aussi bien affecter les voies respiratoires en obstruant le flot de l’air, comme il est observé dans l’asthme, que la compliance du parenchyme pulmonaire, tel qu’observé dans la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI). Dans le cas de l’asthme allergique, la forme la plus commune d’asthme, une inflammation chronique de type allergique induit le remodelage bronchique, dont l’épaississement du muscle lisse bronchique. Ces deux composantes contribuent directement à l’hyperréactivité bronchique. Dans le cas de la FPI, les dommages tissulaires et l’inflammation semblent être impliqués dans l’induction de la maladie, mais la progression de la FPI est maintenue même en absence d’inflammation. Tant en asthme qu’en FPI, le remodelage est persistant et les options thérapeutiques sont partiellement efficaces, limitées ou absentes. La voie de signalisation de la sphingosine-1-phosphate (S1P) est reconnue non seulement pour son rôle dans la régulation de l’immunité et de l’inflammation, mais aussi pour ses impacts majeurs dans les phénomènes de prolifération et de survie cellulaire. Ces effets sont souvent associés à l’activation de cinq récepteurs membranaires, nommés S1P1 à S1P5. D’ailleurs, ces récepteurs peuvent être activés par les composés pharmacologiques analogues à la S1P. Bien que ces analogues répliquent ou modifient la plupart des effets de la S1P, ils possèdent aussi des activités intracellulaires indépendantes des récepteurs qui sont plutôt associées à la modulation de la survie cellulaire. Ainsi, les sphingolipides et leurs analogues sont susceptibles de moduler plusieurs mécanismes impliqués dans le remodelage pulmonaire. Le but de cette thèse était donc d’explorer l’impact des sphingolipides et leurs analogues sur divers aspects impliqués dans le remodelage pulmonaire. Dans une première étude, nous avons déterminé l’effet de l’analogue de la sphingosine AAL-R sur l’inflammation observée dans un modèle murin d’asthme allergique. AAL-R diminue l’accumulation pulmonaire des lymphocytes et induit leur apoptose au poumon. La réduction du nombre de lymphocytes pulmonaires est associée à une diminution importante de l’éosinophilie et de l’hyperréactivité bronchique. Ainsi, nous résultats montrent qu’AAL-R interfère avec l’inflammation et l’hyperréactivité bronchique dans un modèle d’asthme allergique aigu par un mécanisme impliquant l’apoptose des lymphocytes. Dans un second chapitre, l’impact d’AAL-R sur l’épaississement du muscle lisse bronchique a été évalué dans un modèle murin d’asthme chronique. AAL-R réduit l’épaisseur du muscle lisse bronchique dans le tissu remodelé, ce qui est associé à une diminution de l’hyperréactivité bronchique. Nous montrons d’ailleurs que AAL-R interfère avec la prolifération des cellules musculaires lisses, in vitro. Cette étude montre que des analogues de la sphingosine, tel qu’AALR, pourraient contrecarrer le remodelage tissulaire tel qu’observé en asthme, ce qui ouvre de nouvelles pistes précliniques pour cette maladie incurable. Troisièmement, nous avons étudié l’influence de l’analogue de la sphingosine FTY720 sur la phase inflammatoire ou la phase fibrotique d’un modèle murin de fibrose pulmonaire induit par une blessure cellulaire aiguë. En concordance avec la littérature, l’administration de FTY720 en phase inflammatoire diminue la fibrose pulmonaire. Toutefois, lorsqu’administré en phase fibrotique, FTY720 exacerbe cette dernière. Cette exacerbation ne semble pas impliquer l’augmentation de la perméabilité vasculaire, mais plutôt l’augmentation de la transcription du connective tissue growth factor (CTGF). Similairement, FTY720 stimule la transcription du CTGF par les fibroblastes in vitro. Contrairement au dogme actuel, notre étude montre que FTY720 promeut la fibrose pulmonaire ce qui serait médié, du moins en partie, par la transcription accrue du CTGF. Dans une dernière étude, nous avons exploré le lien entre la voie de signalisation de la S1P, le CTGF et les dérégulations des fibroblastes issus de patients atteints de FPI. Ces fibroblastes expriment plus de CTGF que des fibroblastes de patients ne souffrant pas de FPI, ce qui est exacerbé par la S1P. De plus, un antagoniste de S1P3 renverse partiellement cette augmentation. Nous postulons donc que la S1P et le S1P3 pourraient être impliqués dans la pathogenèse de la FPI. Dans son ensemble, cette thèse démontre que les sphingolipides et leurs analogues influencent des mécanismes du remodelage pulmonaire pathologique. Nos résultats suggèrent que certains acteurs de la voie de signalisation de la S1P pourraient être modulés de manière bénéfique dans le contexte de l’asthme et de la fibrose pulmonaire.
Le remodelage pulmonaire cause une altération de la structure du poumon et peut mener à la diminution de la fonction respiratoire. Ce remodelage peut aussi bien affecter les voies respiratoires en obstruant le flot de l’air, comme il est observé dans l’asthme, que la compliance du parenchyme pulmonaire, tel qu’observé dans la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI). Dans le cas de l’asthme allergique, la forme la plus commune d’asthme, une inflammation chronique de type allergique induit le remodelage bronchique, dont l’épaississement du muscle lisse bronchique. Ces deux composantes contribuent directement à l’hyperréactivité bronchique. Dans le cas de la FPI, les dommages tissulaires et l’inflammation semblent être impliqués dans l’induction de la maladie, mais la progression de la FPI est maintenue même en absence d’inflammation. Tant en asthme qu’en FPI, le remodelage est persistant et les options thérapeutiques sont partiellement efficaces, limitées ou absentes. La voie de signalisation de la sphingosine-1-phosphate (S1P) est reconnue non seulement pour son rôle dans la régulation de l’immunité et de l’inflammation, mais aussi pour ses impacts majeurs dans les phénomènes de prolifération et de survie cellulaire. Ces effets sont souvent associés à l’activation de cinq récepteurs membranaires, nommés S1P1 à S1P5. D’ailleurs, ces récepteurs peuvent être activés par les composés pharmacologiques analogues à la S1P. Bien que ces analogues répliquent ou modifient la plupart des effets de la S1P, ils possèdent aussi des activités intracellulaires indépendantes des récepteurs qui sont plutôt associées à la modulation de la survie cellulaire. Ainsi, les sphingolipides et leurs analogues sont susceptibles de moduler plusieurs mécanismes impliqués dans le remodelage pulmonaire. Le but de cette thèse était donc d’explorer l’impact des sphingolipides et leurs analogues sur divers aspects impliqués dans le remodelage pulmonaire. Dans une première étude, nous avons déterminé l’effet de l’analogue de la sphingosine AAL-R sur l’inflammation observée dans un modèle murin d’asthme allergique. AAL-R diminue l’accumulation pulmonaire des lymphocytes et induit leur apoptose au poumon. La réduction du nombre de lymphocytes pulmonaires est associée à une diminution importante de l’éosinophilie et de l’hyperréactivité bronchique. Ainsi, nous résultats montrent qu’AAL-R interfère avec l’inflammation et l’hyperréactivité bronchique dans un modèle d’asthme allergique aigu par un mécanisme impliquant l’apoptose des lymphocytes. Dans un second chapitre, l’impact d’AAL-R sur l’épaississement du muscle lisse bronchique a été évalué dans un modèle murin d’asthme chronique. AAL-R réduit l’épaisseur du muscle lisse bronchique dans le tissu remodelé, ce qui est associé à une diminution de l’hyperréactivité bronchique. Nous montrons d’ailleurs que AAL-R interfère avec la prolifération des cellules musculaires lisses, in vitro. Cette étude montre que des analogues de la sphingosine, tel qu’AALR, pourraient contrecarrer le remodelage tissulaire tel qu’observé en asthme, ce qui ouvre de nouvelles pistes précliniques pour cette maladie incurable. Troisièmement, nous avons étudié l’influence de l’analogue de la sphingosine FTY720 sur la phase inflammatoire ou la phase fibrotique d’un modèle murin de fibrose pulmonaire induit par une blessure cellulaire aiguë. En concordance avec la littérature, l’administration de FTY720 en phase inflammatoire diminue la fibrose pulmonaire. Toutefois, lorsqu’administré en phase fibrotique, FTY720 exacerbe cette dernière. Cette exacerbation ne semble pas impliquer l’augmentation de la perméabilité vasculaire, mais plutôt l’augmentation de la transcription du connective tissue growth factor (CTGF). Similairement, FTY720 stimule la transcription du CTGF par les fibroblastes in vitro. Contrairement au dogme actuel, notre étude montre que FTY720 promeut la fibrose pulmonaire ce qui serait médié, du moins en partie, par la transcription accrue du CTGF. Dans une dernière étude, nous avons exploré le lien entre la voie de signalisation de la S1P, le CTGF et les dérégulations des fibroblastes issus de patients atteints de FPI. Ces fibroblastes expriment plus de CTGF que des fibroblastes de patients ne souffrant pas de FPI, ce qui est exacerbé par la S1P. De plus, un antagoniste de S1P3 renverse partiellement cette augmentation. Nous postulons donc que la S1P et le S1P3 pourraient être impliqués dans la pathogenèse de la FPI. Dans son ensemble, cette thèse démontre que les sphingolipides et leurs analogues influencent des mécanismes du remodelage pulmonaire pathologique. Nos résultats suggèrent que certains acteurs de la voie de signalisation de la S1P pourraient être modulés de manière bénéfique dans le contexte de l’asthme et de la fibrose pulmonaire.
Pulmonary remodelling causes the alteration of the lung structure and can lead to reduced respiratory function. Remodelling can affect the lung airways by obstructing the airflow, as observed in asthma, as well as the lung parenchyma by reducing lung compliance, as observed in idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). In the most widespread form of asthma, allergic asthma, chronic allergic inflammation induces lung remodelling, including airway smooth muscle thickening. Both components directly contribute to airway hyperresponsiveness. In IPF, acute lung injury and inflammation seem to be involved in its pathogenesis, yet the progression of the disease is maintained even in the absence of inflammation. Both in asthma and IPF, lung remodeling is persistent and therapeutic treatments are either partially effective, limited or simply unavailable. The sphingosine-1-phosphate (S1P) pathway is recognized not only for its role in the regulation of immunity and inflammation, but also for its major involvement in the events of cellular proliferation and survival. These effects are often associated with the activation of five G protein-coupled receptors, termed S1P1 to S1P5. Furthermore, these receptors can be activated by pharmacological compounds analogous to S1P. Although these analogs replicate or modify most S1P effects, they also possess intracellular activities independent of S1P receptors that are rather associated with the modulation of cell survival. Therefore, sphingolipids and their analogs likely modulate several mechanisms involved in pulmonary remodelling. The aim of this thesis was thus to explore the impact of sphingolipids and their analogs on various aspects of pulmonary remodelling. In a first study, we determined the effect of the sphingosine analog AAL-R on the inflammation observed in a murine model of allergic asthma. AAL-R reduces pulmonary accumulation of lymphocytes and induces their apoptosis specifically in the lung. The reduction of pulmonary lymphocytes number is associated with reduced lung eosinophilia and airway hyperresponsiveness. Our results show that AAL-R interferes with allergic inflammation and airway hyperresponsiveness in an acute allergic asthma model by a mechanism involving the apoptosis of pulmonary lymphocytes. vi In a second chapter, we evaluated the impact of AAL-R on airway smooth muscle thickening using a murine model of chronic asthma. AAL-R reduces the thickness of the airway smooth muscle in remodelled bronchi, which is associated with diminished airway hyperresponsiveness. Furthermore, we show that AAL-R interferes with airway smooth muscle cells proliferation in vitro. This study shows that sphingosines analogs, such as AAL-R, could reverse tissue remodelling as observed in asthma, offering new preclinical targets for this incurable disease. Thirdly, we studied the influence of the sphingosine analog FTY720 on the inflammatory phase or the fibrotic phase of a murine model of pulmonary fibrosis induced by an acute injury. In concordance with literature, FTY720 administration during the inflammatory phase reduce lung fibrosis. However, when administered during the fibrotic phase, FTY720 exacerbates fibrosis. This exacerbation does not involve increased vascular permeability, but rather increased connective tissue growth factor (CTGF) transcription. Similarly, FTY720 stimulates CTGF transcription by fibroblasts in vitro. Contrarily to the actual dogma, our study shows that FTY720 promotes pulmonary fibrosis which is mediated, at least in part, by increased CTGF transcription. Finally, we explored the link between the S1P signalling pathway, the transcription of CTGF and the deregulations observed in lung fibroblasts isolated from IPF patients. These fibroblasts express more CTGF than lung fibroblasts from patient without IPF, which is exacerbated by S1P. Moreover, a specific S1P3 antagonist partially reverses this exacerbation. We postulate that S1P and S1P3 could be involved in idiopathic lung fibrosis pathogenesis. As a whole, this thesis demonstrates that sphingolipids and their analogs influence mechanisms underlying pathological pulmonary remodelling. Our results suggest that certain components of the S1P signalling pathway could prove beneficial in the context of asthma and lung fibrosis. These results support the hypothesis that phosphorylatable sphingosine analogs interfere with inflammation and ASM thickening observed in allergic asthma. However, they also stimulate CTGF transcription by fibroblasts, thus possibly exacerbating pathologies involving these cells, such as IPF. Identification of the mechanisms modulated by S1P analogs could provide insights regarding putative targets in the context of pulmonary remodelling.
Pulmonary remodelling causes the alteration of the lung structure and can lead to reduced respiratory function. Remodelling can affect the lung airways by obstructing the airflow, as observed in asthma, as well as the lung parenchyma by reducing lung compliance, as observed in idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). In the most widespread form of asthma, allergic asthma, chronic allergic inflammation induces lung remodelling, including airway smooth muscle thickening. Both components directly contribute to airway hyperresponsiveness. In IPF, acute lung injury and inflammation seem to be involved in its pathogenesis, yet the progression of the disease is maintained even in the absence of inflammation. Both in asthma and IPF, lung remodeling is persistent and therapeutic treatments are either partially effective, limited or simply unavailable. The sphingosine-1-phosphate (S1P) pathway is recognized not only for its role in the regulation of immunity and inflammation, but also for its major involvement in the events of cellular proliferation and survival. These effects are often associated with the activation of five G protein-coupled receptors, termed S1P1 to S1P5. Furthermore, these receptors can be activated by pharmacological compounds analogous to S1P. Although these analogs replicate or modify most S1P effects, they also possess intracellular activities independent of S1P receptors that are rather associated with the modulation of cell survival. Therefore, sphingolipids and their analogs likely modulate several mechanisms involved in pulmonary remodelling. The aim of this thesis was thus to explore the impact of sphingolipids and their analogs on various aspects of pulmonary remodelling. In a first study, we determined the effect of the sphingosine analog AAL-R on the inflammation observed in a murine model of allergic asthma. AAL-R reduces pulmonary accumulation of lymphocytes and induces their apoptosis specifically in the lung. The reduction of pulmonary lymphocytes number is associated with reduced lung eosinophilia and airway hyperresponsiveness. Our results show that AAL-R interferes with allergic inflammation and airway hyperresponsiveness in an acute allergic asthma model by a mechanism involving the apoptosis of pulmonary lymphocytes. vi In a second chapter, we evaluated the impact of AAL-R on airway smooth muscle thickening using a murine model of chronic asthma. AAL-R reduces the thickness of the airway smooth muscle in remodelled bronchi, which is associated with diminished airway hyperresponsiveness. Furthermore, we show that AAL-R interferes with airway smooth muscle cells proliferation in vitro. This study shows that sphingosines analogs, such as AAL-R, could reverse tissue remodelling as observed in asthma, offering new preclinical targets for this incurable disease. Thirdly, we studied the influence of the sphingosine analog FTY720 on the inflammatory phase or the fibrotic phase of a murine model of pulmonary fibrosis induced by an acute injury. In concordance with literature, FTY720 administration during the inflammatory phase reduce lung fibrosis. However, when administered during the fibrotic phase, FTY720 exacerbates fibrosis. This exacerbation does not involve increased vascular permeability, but rather increased connective tissue growth factor (CTGF) transcription. Similarly, FTY720 stimulates CTGF transcription by fibroblasts in vitro. Contrarily to the actual dogma, our study shows that FTY720 promotes pulmonary fibrosis which is mediated, at least in part, by increased CTGF transcription. Finally, we explored the link between the S1P signalling pathway, the transcription of CTGF and the deregulations observed in lung fibroblasts isolated from IPF patients. These fibroblasts express more CTGF than lung fibroblasts from patient without IPF, which is exacerbated by S1P. Moreover, a specific S1P3 antagonist partially reverses this exacerbation. We postulate that S1P and S1P3 could be involved in idiopathic lung fibrosis pathogenesis. As a whole, this thesis demonstrates that sphingolipids and their analogs influence mechanisms underlying pathological pulmonary remodelling. Our results suggest that certain components of the S1P signalling pathway could prove beneficial in the context of asthma and lung fibrosis. These results support the hypothesis that phosphorylatable sphingosine analogs interfere with inflammation and ASM thickening observed in allergic asthma. However, they also stimulate CTGF transcription by fibroblasts, thus possibly exacerbating pathologies involving these cells, such as IPF. Identification of the mechanisms modulated by S1P analogs could provide insights regarding putative targets in the context of pulmonary remodelling.

L’asthme sévère concerne environ 10% des asthmatiques et 0,1% d’entre eux présentent un asthme réfractaire aux corticostéroïdes. Ces patients sont caractérisés par une augmentation d’exacerbations, des hospitalisations fréquentes, et par un déclin progressif de la fonction respiratoire, associé à une obstruction bronchique parfois irréversible. Les mécanismes conduisant à l’inefficacité des corticoïdes chez ces patients n’ont pas encore été clairement identifiés. Cependant, des altérations architecturales des voies aériennes, connues sous le terme de ‘remodelage bronchique’ pourraient être responsables de la survenue d’une insuffisance respiratoire et de l’irréversibilité de l’obstruction bronchique, notamment chez les patients les plus sévères. Chez les asthmatiques, l’épithélium bronchique est fragilisé par des agressions répétées qui conduisent à une perte de son intégrité et de son rôle de barrière protectrice. Lorsque ces agressions sont modérées, elles sont réparées, mais si elles sont chroniques et importantes, des anomalies de la réparation sont observées. Celles-ci se traduisent par des altérations dans la synthèse de facteurs impliqués dans ce processus (facteurs de croissance et fibrogéniques, protéines de la matrice extracellulaire, métalloprotéinases matricielles) et ces facteurs participent au développement du remodelage bronchique. Ce travail de thèse a eu comme objectif de définir le rôle joué par l’épithélium bronchique dans le remodelage des voies aériennes dans l’asthme. Deux aspects ont été abordés: (1) l’identification de certains stimuli susceptibles d’induire la synthèse de facteurs fibrogéniques par les cellules épithéliales bronchiques, et (2) l’étude des anomalies éventuelles de synthèse de facteurs impliqués dans ce remodelage par l’épithélium bronchique isolé par microdissection laser à partir de biopsies bronchiques de sujets sains et asthmatiques. Nous avons montré que deux protéines cationiques des éosinophiles (la major-basic protein – MBP – et l’eosinophil peroxidase - EPO) induisent la synthèse et la libération de facteurs fibrogéniques par les cellules épithéliales bronchiques humaines en culture et que l’administration de la MBP par voie intra-trachéale à des souris naïves conduit à la synthèse et à la libération de facteurs qui contribuent à la survenue d’une fibrose pulmonaire. In vitro, ces effets mettent en jeu, en partie, la charge cationique, alors qu’ils en sont indépendants in vivo. Dans un deuxième temps, nous avons montré que l’endothéline-1 (ARNm et protéine), un peptide pro-inflammatoire ayant des propriétés fibrogéniques et activatrices vis-à-vis des cellules musculaires lisses, est surexprimée dans l’épithélium bronchique des asthmatiques sévères réfractaires aux corticoïdes. Cette expression corrèle avec le degré de l’obstruction bronchique et avec l’élargissement de la masse musculaire lisse, utilisé comme marqueur de remodelage tissulaire. L’ensemble de ces résultats contribue à mieux définir le rôle de l’épithélium dans le remodelage bronchique dans l’asthme et identifie des nouvelles cibles moléculaires pour mieux adapter les stratégies thérapeutiques.

Le maintien de l’intégrité et de l’homéostasie tissulaire se fait via une régulation et une interaction continue entre les cellules qui constituent le réseau tissulaire. La compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires qui régissent ces interactions à l’état normal ou pathologique est essentielle. Dans l’asthme, la fonction des cellules épithéliales bronchique peut être régulée par les fibroblastes adjacents via des voies autocrines et paracrines. Ceci constitue l’unité trophique. Cette unité est réactivée dans l’asthme. Cette réactivation serait impliquée dans le remaniement de la structure bronchique. L’objectif de ce projet était d’étudier les mécanismes impliqués dans ces changements. Notre hypothèse était que dans l’asthme, les changements dans la fonction et le phénotype des fibroblastes maintiennent l’altération de la fonction épithéliale. Plus spécifiquement l’équilibre entre le tandem KGF-1/TGF-β constitue un facteur important dans le maintien de l’homéostasie épithéliale dans la bronche et la rupture de cet équilibre est un facteur déterminant dans le remodelage bronchique observé dans l’asthme. Le but de mon étude était d’évaluer la régulation du KGF-1 par le couple IL1-β/ TGF-β dans les fibroblastes bronchique provenant de sujet asthmatique léger et de sujet contrôle sain.

L'exposition chronique aux particules atmosphériques est suspectée d'exacerber les pathologies inflammatoires chroniques comme l'asthme et la BPCO et de contribuer au remodelage des voies respiratoires. Dans ce contexte, notre objectif a été (1) d'utiliser un modèle d'épithélium bronchique humain in vitro qui se maintient plusieurs semaines en culture, pour évaluer le devenir et les effets d'expositions répétées aux particules sur la réponse pro-inflammatoire et la différenciation épithéliale et (2) d'étudier l'impact des sécrétions épithéliales induites par l'exposition particulaire sur la prolifération et la différenciation des fibroblastes bronchiques. Les observations révèlent que les PM sont toujours présentes dans l'épithélium 5 semaines après la fin de l'exposition, et qu'une partie des composés organiques adsorbés à la surface des particules ont été métabolisés par les cellules. Cette étude a également permis de mettre en évidence l'induction d'une réponse pro-inflammatoire suite aux traitements particulaires qui persiste avec la sécrétion de certaines cytokines pro-inflammatoires. Il a aussi été observé la sécrétion de facteurs de croissance ligands du récepteur à l'EGF qui contribuent à la différenciation muqueuse. Par ailleurs, les sécrétions épithéliales pourraient agir sur les autres cellules de la paroi bronchique en induisant une augmentation du nombre de fibroblastes, nous avons donc évalué cette hypothèse par des expériences de co-culture. N a ainsi été mis en évidence l'implication
As the long term effects of atmospheric particles (PM) are misunderstood, we develop an experimental strategy using primary culture of human bronchial epithelial repeatedly exposed to PM to investigate (1) whether particles could contribute to airway remodelling by inducing sustained inflammation and mucus secretion (2) the impact of the epithelial secretions on the proliferation and the differentiation of the bronchial fibroblasts. Observations revealed that ambient particles are still present in the bronchial epithelium 5 weeks after treatments, and a part of the organic compounds of particles were metabolized by cells. We also showed an induction of the inflammatory response after particles treatment which persists with the secretion of several pro-inflammatory cytokines. The secretion of growth factors ligand was observed after the end of treatments, and this secretion may contribute to the mucous differenciation. Moreover, epithelial secretions may induce an increase of the number of fibroblasts which in co-culture. We showed that EGFR pathway and these ligands were involved in fibroblasts proliferation. Our results suggest that bronchial epithelial cells repeatedly exposed to ambient particles exhibit a sustained pro- inflammatory response and evolve towards a mucous phenotype. The respiratory epithelium exposed to particles would so contribute to the remodeling airways through the secretion of growth factors which could be involved in the fibroblast proliferation

Le déclin de la fonction respiratoire dans l’asthme est associé à une augmentation de la massedu muscle lisse bronchique. La cellule musculaire lisse (CML) bronchique joue un rôle central dans la physiopathologie de l'asthme. Elle participe à l'inflammation et constitue une composante importante du remodelage des voies aériennes. Récemment, le rôle de la chitinaseYKL-40 comme bio marqueur de ce remodelage dans l'asthme a été évoqué. Dans ce contexte, la question centrale ayant motivé une partie de ce travail de thèse, a été d'étudier les effets d'YKL-40 sur différentes propriétés des CML. Nous nous sommes également intéressés au récepteur activé par les protéases, de type 2 (PAR-2), potentiel récepteur d'YKL-40, mais aussi acteur principal de l’inflammation bronchique.Ce travail a permis d'établir qu'YKL-40 est plus qu'un simple bio marqueur dans l'asthme puisqu’elle altère les propriétés physiologiques de la CML, et semble jouer un rôle dans le remodelage musculaire lisse bronchique. Par ailleurs, ce travail a également permis de mettre en évidence une surexpression du PAR-2 dans les CML d’asthmatiques ainsi qu’une augmentation de son expression et de la prolifération cellulaire, en réponse à une stimulation chronique. Ce travail a enfin permis d’optimiser la technique de l’interférence ARN lentivirale dans les CML bronchiques humaines
The decline in lung function in asthma is associated with an increased bronchial smooth muscle (BSM) mass. BSM cells play a central role in the pathophysiology of asthma. They are involved in inflammation and are an important component of airway remodelling. Recently, the role of the chitinase YKL-40 as biomarker of this remodelling in asthma has been evoked. In this context, the central question that motivated part of this thesis was to study the effects of YKL-40 on various properties of BSM cells. We also studied the protease activated receptor 2 (PAR-2), as a potential receptor of YKL-40, as well as an important actor of airway inflammation.This work has established that YKL-40 is more than just a biomarker for asthma since YKL-40 alters physiological properties of BSM cells and appears to play a role in BSM remodelling. Moreover, this work has also highlighted an overexpression of PAR-2 in asthmatic BSM cells, as well as an increase of both PAR-2 expression and BSM cell proliferation in response to chronic stimulation. This work has finally allowed us to optimize lentiviral RNA interference in human BSM cells

L’inflammation et le remodelage des voies aériennes sont des processus pathologiques de signification pronostique différente qui caractérisent la plupart des maladies obstructives bronchiques, asthme et bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) notamment. L’examen histologique de l’inflammation et du remodelage requiert un geste biopsique invasif qui est rarement réalisé en routine. Le développement de méthodes d’évaluation non invasives autoriserait un phénotypage plus précis des patients et le développement de thérapeutiques ciblées. Les progrès de la tomodensitométrie (TDM) ont favorisé l’essor d’une imagerie quantitative permettant des mesures morphométriques des lumières et parois bronchiques. Ces paramètres morphométriques sont corrélés aux indices fonctionnels d’obstruction mais leur manque de standardisation limite leur utilisation en routine. Nous avons étudié chez l’homme et le petit animal des paramètres TDM basés non pas sur la morphométrie mais sur la densitométrie de la paroi bronchique. Nos résultats dans l’asthme et la BPCO indiquent que l’atténuation pariétale bronchique possède une valeur diagnostique au moins équivalente à celle des paramètres morphométriques, est mieux corrélée aux indices d’obstruction fonctionnelle, et pourrait être un marqueur du remodelage dans l’asthme. Chez la souris asthmatique, les paramètres d’atténuation péribronchique extraits d’image de micro-TDM sont aussi corrélés au remodelage histologique. Le concept d’atténuation pariétale bronchique est donc prometteur pour l’étude non invasive du remodelage même si des étapes supplémentaires de validation sont nécessaires pour s’assurer de la reproductibilité des méthodes
Asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are frequent conditions characterized by two main pathological changes: bronchial inflammation and remodelling. Pathological examination requires invasive biopsy, which is rarely performed in routine. Therefore there is a great interest in developing non-invasive methods that would lead to more precise phenotyping of patients and the development of new targeted treatments. Computed tomography (CT) can provide a quantitative morphometry-based analysis of the airways. These morphometric parameters have been shown to correlate with functional obstruction but are poorly used in routine practice due to their lack of standardisation. The aim of our studies was to investigate the value of CT attenuation-based parameters in humans and animals. In asthma and COPD, we have shown that the wall attenuation value had diagnostic performances comparable to those of morphometric parameters, correlated better with functional obstructive indexes, and could be a marker of remodelling in asthma. In asthmatic mice, peribronchial attenuation values extracted from respiratory-gated micro-CT images correlate with remodeling. Therefore, the concept of bronchial wall attenuation seems to be promising for assessing non-invasively airways remodeling. Further studies are required to ensure the full reproducibility of these methods

L’hypertension pulmonaire (HTP) est caractérisée par une élévation de la pression pulmonaire (> 25mmHg). Cette hypertension peut être primaire (HTAP, hypertension artérielle pulmonaire) ou secondaire à une autre pathologie, par exemple à une cardiopathie gauche (PH-LHD, pulmonary hypertension due to left heart disease). En HTAP, les cellules musculaires lisses des artères pulmonaires (CMLAP) ont un phénotype hyperprolifératif et anti-apoptotique, causant un remodelage des artères pulmonaires. Dernièrement, le lecteur épigénétique Bromodomain-containing protein 4 (BRD4) a été montré comme soutenant la prolifération des cellules cancéreuses. Puisque BRD4 est une cible prédite de miR-204 et que celui-ci est diminué en HTAP, nous avons émis l’hypothèse que la diminution de miR-204 favorise une surexpression de BRD4 en HTAP. Comme dans le cancer, cette surexpression de BRD4 participerait au phénotype hyperprolifératif des CMLAP. Au chapitre 2, nous avons montré que la surexpression de BRD4, effectivement régulé par miR-204, soutient la dérégulation des CMLAP en modulant l’expression des oncoprotéines NFATc2, Bcl-2 et la Survivine. Finalement, nous avons montré que l’inhibition de BRD4 in vivo renverse le remodelage vasculaire et l’HTAP. Malgré que l’HTAP soit la forme d’HTP la plus sévère, la PH-LHD est de loin la plus fréquente. Malheureusement, il existe peu de modèles animaux pour son étude. Afin d’étendre nos connaissances des mécanismes étiologiques du remodelage vasculaire pulmonaire à ce groupe, nous avons, dans le chapitre 3, développé et caractérisé 2 modèles de PH-LHD par la constriction de l’aorte transverse (TAC, transverse aortic constriction) et supracoronaire (SAB, supracoronary aortic banding) chez le rat. Tel qu’attendu, les rats TAC et SAB ont développé une hypertrophie et une dysfonction diastolique ventriculaire gauche. De plus, nous avons observé le développement d’une HTP avec présence de remodelage vasculaire pulmonaire similaire à l’histopathologie pulmonaire rapportée chez certains patients PH-LHD. Ces observations nous permettent de confirmer la validité de ces modèles pour l’étude du remodelage vasculaire chez ce groupe d’HTP.
Pulmonary hypertension (PH) is characterized by an elevation of pulmonary arterial pressure (> 25mmHg). This hypertension may be primary (PAH, pulmonary arterial hypertension) or secondary to another disease, for example, due to left heart disease (PH-LHD, pulmonary hypertension due to left heart disease). In PAH, pulmonary arterial smooth muscle cells (PASMC) are hyperproliferative and apoptosis resistant, causing vascular remodeling and PH. Recently, the epigenetic reader bromodomain-containing protein 4 (BRD4) was showed to sustain proliferation in cancer cells. Since BRD4 is a predictive target of miR-204, a micro-RNA downregulated in PAH, we hypothesized that BRD4 overexpression, caused by miR-204 downregulation, is involved in PAH-PASMC hyperproliferative and anti-apoptotic phenotype. In chapter 2, we showed that BRD4 overexpression was indeed regulated by miR-204 and sustains PASMC deregulation by modulating the oncoproteins NFATc2, Bcl-2 and Survivin. Finally, we showed that in vivo pharmacological and molecular BRD4 inhibition reversed vascular remodeling and PAH. Although PAH is the most severe form of PH, PH-LHD is by far the most common. Unfortunately, there are few models for its study. To expand our knowledge of the etiological mechanisms of pulmonary vascular remodeling to this group, we developed and characterised, in chapter 3, 2 PH-LHD models by the transverse aortic constriction (TAC) and the supracoronary banding (SAB) in rats. As expected, TAC ad SAB rats developed left ventricular hypertrophy and diastolic dysfunction. Furthermore, we observed in these animals the development of PH with pulmonary remodeling similar to the pulmonary histopathology reported in some PH-LHD patients, allowing us to confirm the validity of these two models for the study of vascular remodeling in this PH group.

L'asthme est une maladie chronique des voies respiratoires caractérisée par une infiltration de cellules inflammatoires activées comprenant des éosinophiles mais également des cellules T, des mastocytes et des neutrophiles au niveau de la muqueuse bronchique. Cette inflammation est associée à des changements structuraux des bronches appelés remodelage qui contribue à l'obstruction bronchique ainsi qu'à l'apparition des symptômes d'asthme. En effet, l'inflammation dans les voies aériennes implique des interactions cellulaire et moléculaire complexes entre les cellules résidentes de la muqueuse bronchique et les cellules inflammatoires infiltrées. Ces interactions peuvent se faire soit par contact direct et/ou par des médiateurs sécrétés. De plus, l'identité des molécules impliquées dans ces interactions ainsi que leurs effets sur le devenir de la réponse inflammatoire et sur le remodelage ne sont pas très bien connus. Ainsi, mieux définir et comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans cette interaction est crucial afin de pouvoir développer de nouvelles cibles thérapeutiques. La présente thèse a pour but d'étudier l'impact de l'interaction entre les fibroblastes bronchiques et les lymphocytes T sur le devenir de la réponse inflammatoire et sur le remodelage, de même que de comparer l'impact de différentes stratégies d'ajustement des doses des corticostéroïdes, basée sur le compte d'éosinophiles dans le sputum à une autre basée sur les critères cliniques sur l'inflammation et le remodelage bronchique. Tout d'abord, nous avons montré que l'interaction entre les fibroblastes et les lymphocytes T induit l'augmentation de la production d'IL-6 et que ce processus est médié par l'interaction moléculaire α5β1/CD40L chez les asthmatiques. De plus, cette interaction induit également l'augmentation de l'expression de TGF-β, d'LL-β et d'IL̀-17 favorisant ainsi une réponse immunitaire de type Thl7 en plus d'induire la survie des cellules T CD4+. En outre, nous avons montré que l'utilisation du compte d'éosinophiles comme stratégie d'ajustement du traitement des patients a le même impact sur l'éosinophilie qu'une stratégie basée sur des critères cliniques. Ces résultats soulignent l'importance de l'interaction entre les cellules inflammatoires et les cellules résidentes dans la régulation de l'inflammation et dans la pathogenèse de l'asthme.

La BPCO est une maladie pulmonaire caractérisée par une inflammation et un remodelage tissulaires. HMGBl, une protéine nucléaire libérée durant l'inflammation et la réparation, interagit principalement avec son récepteur, RAGE, constitutivement exprimé dans le poumon. Nous avons montré des taux élevés d'HMGBl dans le lavage bronchoalvéolaire (LBA), la muqueuse et l'épithélium bronchiques, ainsi que dans les macrophages alvéolaires de patients avec BPCO, comparativement à des sujets fumeurs et non-fumeurs. HMGBl dans le LBA corrèle significativement avec le degré de l'obstruction bronchique et de l'emphysème et avec le taux de nombreux médiateurs pro-inflammatoires qui participent à la pathogenèse de la BPCO. Dans tous ces types cellulaires, HMGBl est présente à la fois dans le noyau et le cytoplasme, suggérant que sa sécrétion extracellulaire pourrait expliquer l'augmentation de ses taux dans le LBA. L'expression de RAGE est également majorée dans l'épithélium et le muscle lisse de patients avec BPCO et elle coïncide avec celle d'HMGBl, suggérant l'existence d'interactions autocrines et paracrines entre ces deux protéines. Nous avons également mis en évidence la présence de complexes HMGBl/IL-lp, dans le LBA et les macrophages alvéolaires des patients BPCO. Ces complexes sont fonctionnels car ils potentialisent la synthèse de TNF-a. Enfin, dans des expériences préliminaires, nous avons montré que HMGB1 ralentit la régénération épithéliale in vitro, contribuant ainsi au remodelage tissulaire. En conclusion, les données présentées dans cette thèse suggèrent que le blocage de la voie HMGBl/RAGE représente une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de la BPCO
COPD is characterized by airway inflammation and remodeling. HMGBl, a nuclear protein that is released during inflammation and repair, interacts with pro-inflammatory cytokines and with its receptor, RAGE, which is highly expressed in the lung. In the present study, we have shown higher levels of HMGB 1 in bronchoalveolar lavage (BAL) from smokers with COPD, as compared to smokers and never smokers, and similar differences wer observed in epithelial cells and alveolar macrophages. BAL HMGBl correlated positively with the levels of pro-inflammatory mediators in BAI including IL-1D, and with the degree of airflow obstruction and emphysema. HMGBl-IL-1D D complexes were found in BAL supernatant and alveolar macrophages from smokers and COPD patients, as well as in the human macrophage cell line, THP-1, where they enhanced the synthesis of TNF-C RAGE was overexpressed in the airway epithelium and smooth muscle of COPD patients and it co-localized with HMGBl. Finally, in preliminary experiments we demonstrated that HMGBl delays epithelium repair in an in vitro model of mechanical wound injury using human bronchial epithelial cells growth in a air-liquid interface conditions. We conclude that elevated HMGBl expression in COPD airways may sustain inflammation through i interaction with IL-1D and RAGE and may contribute to airway remodeling by interfering with the normal epithelial repair process. Therefore strategies aimed at inhibiting the expression of HMGBl and RAGE or at blocking their interaction in target cells would be of therapeutic value f( attenuating lung remodelling and the accompanying respiratory functional deterioration in COPD

La broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) est une maladie respiratoire inflammatoire chronique caractérisée par une limitation progressive et irréversible des débits aériens causée par l’inhalation à long terme de particules nocives telles que le tabac. La BPCO présente un remodelage majeur et hétérogène des voies aériennes comportant une grande variabilité inter-individuelle. La réponse inflammatoire et immunitaire au cours de la BPCO est caractérisée par une infiltration du tissu respiratoire par les polynucléaires neutrophiles (PN), les macrophages et par les cellules T. La dégradation des fibres élastiques du poumon en peptides solubles d’élastine (PE) par le biais de la sécrétion de protéases par les cellules de l’immunité innée est une caractéristique constante de la BPCO. Ces PE participent à la physiopathologie de la BPCO comme cela a été démontré dans différents modèles murins de la maladie emphysémateuse. L’orientation de la réponse des cellules T helper (Th) et des cellules T cytotoxiques (Tc) au cours de la BPCO n’est pas élucidée et reste controversée. L’objectif principal de ce travail de thèse a été de définir l’orientation de la réponse Th et Tc ainsi que le rôle des PE dans le remodelage associé à la BPCO. Pour cela, nous avons étudié la signature cytokinique Th-1/Tc-1 (IFN-), Th-2/Tc-2 (IL-4), Th-17/Tc-17 (IL-17) spécifique du remodelage bronchique associé à la BPCO au niveau cellulaire, mais également transcriptionnel et fonctionnel. L’association entre les résultats expérimentaux obtenus et le phénotype des patients inclus a été analysé de manière à déterminer le rôle de ces mécanismes dans l’expression clinique de cette pathologie respiratoire chronique. Les résultats obtenus ont mis en évidence une diminution de l’expression de l’IL-4 (Th2) chez les patients BPCO par rapport aux sujets contrôles ainsi qu’une potentialisation de l’expression de cette cytokine en présence des PE
Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a chronic inflammatory respiratory pathology characterized by a progressive and irreversible limitation of airflow caused by the long-term inhalation of harmful particles such as tobacco. COPD presents a major and heterogeneous remodeling of the airways with important inter-individual variability. The inflammatory and immune response during COPD is characterized by infiltration of pulmonary tissue by neutrophils (PN), macrophages, and T cells. The degradation of lung elastic fibers into soluble elastin peptides (EP) is caused by the secretion of proteases by innate immunity cells and it is a consistent feature of COPD. These EP participate in the pathophysiology of COPD as demonstrated in different murine models of the emphysematous disease. The T helper (Th) and the T cytotoxic (Tc) orientation during COPD is unclear andremains controversial. The main objective of this work was to define the Th and Tc responses as well as the role ofEP in airways remodeling associated to COPD. For this purpose, we studied the cytokine signature Th-1/Tc-1 (IFN- ), Th-2/Tc-2 (IL-4), Th-17/Tc-17 (IL-17) specific of the airway remodeling associated to COPD both at the cellular, transcriptional and functional level. Association between the experimental results obtained and the phenotype of the patients included in the study was analyzed in order to determine the role of these mechanisms in the clinical expression of this chronic respiratory pathology. The results obtained showed a decrease in the expression of IL-4 (Th2) in COPD patients compared to control subjects as well as a potentiation of this cytokine expression in the presence of EP

Chez les patients mucoviscidosiques (CF), l'épithélium des voies aériennes est souvent lésé et remodelé. Que le remodelage soit lié à l'infection et/ou l'inflammation inhérentes à la pathologie ou à un processus de régénération dérégulée reste à déterminer. Le premier objectif de cette thèse a été de déterminer le rôle de l'inflammation dans le remodelage et la régénération de l'épithélium bronchique CF. Grâce à un modèle in vitro de culture en interface air-liquide, nous avons montré qu'en absence d'infection et d'inflammation exogènes, la régénération épithéliale CF est anormale et retardée, et que l'épithélium régénéré est remodelé, en comparaison d'un épithélium régénéré non-CF. En outre, en générant une inflammation chronique dans les cultures CF et non-CF, nous avons pu attribuer un rôle pour l'inflammation endogène (mémoire inflammatoire) des cellules CF dans l'augmentation de la hauteur épithéliale et dans le développement de l'hyperplasie des cellules basales, un rôle essentiel de l'inflammation exogène dans le développement de l'hyperplasie des cellules mucipares, et l'absence d'influence de l'inflammation dans le retard de différenciation des cellules ciliées épithéliales CF. Le second objectif de cette thèse a été d’identifier une molécule susceptible d’être anti-remodelage et/ou pro-régénératrice. Les résultats obtenus montrent qu’une molécule issue des agro-ressources régionales régule l'augmentation de la hauteur épithéliale et l'hyperplasie des cellules basales et sécrétoires, favorise la différenciation des cellules ciliées, et réduit l'inflammation et de synthèse de la mucine MUC-5AC, tant dans les cultures CF quand dans les cultures non-CF soumises à une inflammation chronique. Enfin, la molécule restaure la sécrétion des ions chlorure CFTR-dépendante dans les cultures CF. Cette molécule semble donc être un candidat médicament prometteur pour le traitement de la CF
The airway epithelium of cystic fibrosis (CF) patients is frequently injured and remodeled. Whether these alterations are related to infection and/or inflammation or to a dysregulated regeneration process remains to be elucidated. The first objective of this study was to determine the involvement of inflammation in remodeling and regeneration of the CF airway epithelium. Using an in vitro model of airway epithelial cell culture at the air-liquid interface, we demonstrated that, in absence of exogenous infection and inflammation, the CF airway epithelium regeneration was abnormal, delayed, and led to the reconstitution of a remodeled epithelium, in comparison to a non-CF regenerated airway epithelium. Moreover, by inducing a chronic inflammation in non-CF and CF cultures, we were able to attribute a role of the endogenous inflammation of CF cells (inflammatory memory) in the airway epithelium height increase as well as in the basal cell hyperplasia development, an essential involvement of exogenous inflammation in the development of goblet cell hyperplasia, and the absence of implication of inflammation in the ciliated cell differentiation delay. The second objective of this study was to identify an anti-remodeling and/or pro-regenerative molecule. The results we obtained showed that a molecule derived agro-resources regulated the increase in the airway epithelium height as well as the basal and goblet cell hyperplasia development, favored the ciliated cell differentiation, decreased the inflammation and the production of the MUC5-AC mucin, in the CF cultures an in the chronically inflamed non-CF cultures. Finally, this molecule restored chloride secretion through CFTR in CF cultures. In conclusion, the chosen molecule seems to be a promising therapeutics for cystic fibrosis

La bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) est définie par une obstruction bronchique progressive et irréversible associant deux lésions anatomiques différentes : le remodelage des petites voies aériennes et l'emphysème. Le remodelage des petites voies aériennes est localisé au niveau des bronchioles ayant un diamètre interne de moins de 2 mm et est principalement caractérisé par une fibrose péribronchiolaire. Les mécanismes conduisant au remodelage bronchiolaire, incluent essentiellement l’inflammation chronique et les facteurs de croissance, mais ne sont pas encore tous connus. La télomérase, qui a été récemment associée à la fibrose pulmonaire interstitielle et à l’emphysème, pourrait avoir des rôles dans la pathogenèse du remodelage bronchiolaire liée à la BPCO. La télomérase est en effet une enzyme responsable de l’allongement télomères et présente des fonctions extra-télomériques supplémentaires impliquées dans de nombreux processus cellulaires tels la prolifération cellulaire, l’apoptose et le stress oxydant. Le TA-65, une petite molécule utilisée dans la pharmacopée traditionnelle chinoise, est connu comme un activateur de télomérase. Notre étude avait pour but d’étudier les effets d’une modulation pharmacologique positive de l'activité télomérase, en utilisant le TA-65, sur le développement du remodelage bronchiolaire après exposition à la fumée de cigarette chez la souris. Les souris ont été quotidiennement exposées à la fumée de cigarette pendant 4 semaines, avec ou sans administration concomitante de TA-65 (25 mg / kg / jour, par gavage) ou d’imetelstat (un inhibiteur de la télomérase, à raison de 45 mg / kg / jour en administration intrapéritonéale), débutant 7 jours avant le début des expositions à la fumée de cigarette. Les souris témoins ont été exposées à l’air filtré dans les mêmes conditions. Le remodelage bronchiolaire a été caractérisé par analyses morphométriques et immunohistochimie. La production de mucus, la différenciation des myofibroblastes, le dépôt de collagènes ainsi que du TGF-β1 (Tranforming Growth Factor bêta 1) dans la paroi des bronchioles ont ainsi été examinés. La mesure de l'activité de la télomérase mesurée par la méthode TRAP (Telomere Repeat Amplification Protocol) et la différenciation des myofibroblastes ont été réalisées sur des fibroblastes pulmonaires de souris obtenus par culture primaire puis exposés au TGF-β1 avec ou sans prétraitement avec des modulateurs de la télomérase. La fumée de cigarette a induit un remodelage bronchiolaire, caractérisé par une fibrose péribronchiolaire chez la souris après 4 semaines d’exposition. La fibrose péribronchiolaire a été révélée par une augmentation du dépôt de collagènes (collagène total, collagènes I et III) et de l'expression d’α-SMA dans la paroi des bronchioles, en l'absence de surproduction de mucus. Le TA-65, qui induit une augmentation de l'activité de la télomérase dans les fibroblastes pulmonaires et de l'expression protéique de hTERT dans la paroi des bronchioles, a protégé les bronchioles de cette fibrose péribronchiolaire. D'autre part, le TA-65 inhibe l’augmentation de l'expression du TGF-β1 en réponse à l'exposition à la fumée de cigarette dans les bronchioles. Enfin, le TA-65 a protégé les fibroblastes pulmonaires murins contre la différenciation myofibroblastique induite par le TGF-β. Nos résultats suggèrent fortement que la télomérase est un acteur essentiel du remodelage bronchiolaire et fournissent ainsi de nouvelles perspectives dans la compréhension de la pathogenèse et le traitement de la BPCO
Small airway remodeling (SAR) is an important cause of airflow obstruction in smokers with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Small airways are the bronchioles having an internal diameter inferior to 2 mm. SAR results in an increased thickness of small airway wall, with a combination of peribronchiolar fibrosis with increased deposition of fibrous tissue and accumulation of mesenchymal and epithelial cells. SAR pathogenesis is still unclear and recent data suggest that alterations in telomerase activity could represent a possible underlying mechanism. Our study was therefore dedicated to identify a potential protective role of TA-65, a pharmacological telomerase activator in a cigarette smoke (CS) model of SAR in mice. C57BL/6J mice were daily exposed to air or CS during 4 weeks with or without a concomitant administration of TA-65, starting 7 days before CS exposure. Morphological analyses were performed, and mucus production, myofibroblast differentiation, collagen deposition, as well as transforming growth factor-β1 (TGF-β1) expression in the small airway wall were examined. Finally, the measurement of telomerase activity measured by the TRAP method (Telomere Repeat Amplification Protocol) and the effect of TA-65 treatment on TGF-β-induced fibroblast-to-myofibroblast differentiation were evaluated in primary cultures of pulmonary fibroblast and then exposed to TGF-β1 with or without pretreatment with modulators of telomerase. Exposure to CS during 4 weeks induced SAR in mice, characterized by a small airway wall thickening and a peribronchiolar fibrosis (increased deposition of collagen (total collagen, collagen I and III), expression of α-SMA in small airway wall), in the absence of mucus overproduction. Treatment of mice with TA-65 protected them from CS-induced SAR. This effect was associated with the prevention of CS-induced TGF-β1 expression in vivo, and a blockade of TGF-β-induced myofibroblast differentiation in vitro. CS-induced SAR was prevented by a pharmacological activator of telomerase. Our findings strongly suggest that telomerase is a critical player of SAR and therefore provide new insights in the understanding and treatment of COPD pathogenesis

Les voies aériennes humaines sont bordées d'un épithélium pseudostratifié composé principalement de cellules basales et de cellules pyramidales parmi lesquelles figurent les cellules sécrétrices de mucus et les cellules multiciliées. Toutes ces cellules contribuent à la clairance mucociliaire des voies respiratoires. Cet épithélium se régénère lentement dans des conditions homéostatiques, mais il est capable de se régénérer rapidement après agression grâce à des processus de prolifération, de migration, de polarisation et de différenciation. Chez les patients atteints de maladies respiratoires chroniques telles que la broncho-pneumopathie chronique obstructive, l'asthme ou la mucoviscidose, la réparation tissulaire est souvent défectueuse, caractérisée par une perte de cellules multiciliées et une hyperplasie des cellules sécrétrices, ayant pour conséquence une clairance mucociliaire affectée. La séquence des événements cellulaires conduisant à un tissu fonctionnel ou remodelé est encore mal décrite. Notre principal objectif a été d’identifier les types cellulaires successifs mis en jeu lors de la régénération tissulaire et les événements moléculaires responsables d'une régénération saine ou pathologique. Nous avons analysé la composition cellulaire de l’épithélium des voies respiratoires à plusieurs stades de différenciation en utilisant un modèle de culture 3D in vitro qui reproduit la composition cellulaire in vivo. En appliquant une méthode de transcriptomique sur cellule unique couplée à des méthodes bioinformatiques, nous avons établi les hiérarchies cellulaires permettant de reconstruire les différentes trajectoires cellulaires mises en jeu lors de la régénération de l’épithélium des voies respiratoires humaines. Après avoir confirmé les lignages cellulaires qui ont été précédemment décrits, nous avons découvert une nouvelle trajectoire reliant les cellules sécrétrices de mucus aux cellules multiciliées. Nous avons également caractérisé de nouvelles populations cellulaires et de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans le processus de régénération de l'épithélium des voies respiratoires humaines. Enfin, grâce à ces approches, nous avons mis en évidence des réponses spécifiques de chaque type cellulaire survenant dans des situations pathologiques d’hyperplasie sécrétoire. Ainsi, nos données, en apportant d'importantes contributions à la compréhension de la dynamique de différenciation de l’épithélium des voies respiratoires humaines, ouvrent de nouvelles voies vers l’identification de cibles thérapeutiques
Human airways are lined by a pseudostratified epithelium mainly composed of basal and columnar cells, among these cells we can find multiciliated, secretory cells and goblet cells. All these cells work together in the mucociliary clearance of the airways. This epithelium regenerates slowly under homeostatic conditions but is able to recover quickly after aggressions through proliferation, migration, polarization and differentiation processes. However, in patients with chronic pulmonary diseases such as chronic obstructive pulmonary disease, asthma or cystic fibrosis, epithelial repair is defective, tissue remodeling occurs, leading to loss of multiciliated cells and goblet cell hyperplasia, impairing correct mucociliary clearance. The sequence of cellular events leading to a functional or remodelled tissue are still poorly described. Hence, we aim at identifying the successive cell types appearing during tissue regeneration and the molecular events that are responsible for healthy or pathological regeneration. We have analysed airway epithelial cell composition at several stages of differentiation using an in vitro 3D culture model which reproduces in vivo epithelial cell composition. Applying single cell transcriptomics and computational methods, we have identified cell lineage hierarchies and thus constructed a comprehensive cell trajectory roadmap in human airways. We have confirmed the cell lineages that have been previously described and have discovered a novel trajectory linking goblet cells to multiciliated cells. We have also discovered novel cell populations and molecular interactors involved in the process of healthy human airway epithelium regeneration. Using these approaches, we have finally shed light on cell-type specific responses involved in pathological goblet cell hyperplasia. Our data, by bringing significant contributions to the understanding of differentiation’s dynamics in the context of healthy and pathological human airway epithelium, may lead to the identification of novel therapeutic targets

Les maladies bronchiques obstructives chroniques constituent un problème majeur de santé publique. Leur pathogénie est caractérisée par l’inflammation chronique et le remodelage des voies aériennes. L’étude en imagerie des différents éléments structuraux des poumons (bronches, bronchioles, vaisseaux…) est primordiale dans la définition, le phénotypage, la compréhension des mécanismes obstructifs et le suivi de l’évolution et de ces maladies. Les méthodes d’évaluation visuelles qualitatives sont sujettes à une subjectivité d’analyse et à une variabilité inter observateurs qui altèrent leur fiabilité. Le développement de nouvelles méthodes quantitatives fiables et reproductibles est donc une nécessité. La TDM et l’IRM sont les deux méthodes d’imagerie complètes à la fois des différents compartiments structuraux et fonctionnels du poumon, la première ayant pour avantage son excellente résolution spatiale et la seconde son innocuité. Les travaux ont porté sur la mise au point et la validation de méthodes d’imagerie quantitatives TDM et IRM. Avec la TDM quantitative, nous avons montré que les mesures du remodelage bronchique et vasculaire chez les patients atteints d’une hypertension pulmonaire (HTP) sévère, phénotype particulier à la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO), permettaient d’appréhender les interactions entre les systèmes cardiovasculaire et respiratoire. D’autre part nous avons mis au point et évalué une méthode de quantification de l’atteinte des voies aériennes distales dans une population de pneumonie chronique d’hypersensibilité. Cette méthode pourrait apporter une contribution à l’étude et au suivi des maladies bronchiques obstructives chroniques.Avec l’IRM quantitative, les solutions que nous avons proposées dans la quantification de l’emphysème à l’IRM protonique permettent une analyse automatisée de la sévérité de l’extension de l’emphysème chez des patients atteints de BPCO. En outre, la transposition des méthodes de mesure des paramètres bronchiques de la TDM à l’IRM est devenue possible grâce aux nouvelles séquences à temps d’écho ultra court (UTE). Ainsi, la quantification du remodelage bronchique à l’IRM 3DUTE chez des patients atteints de mucoviscidose, chez lesquels il est nécessaire de réduire l’exposition aux rayons ionisants, permet d’obtenir des informations morphologiques similaires à celles de la TDM. Nous avons aussi montré que la quantification automatique des phénomènes destructifs et inflammatoires par l’IRM 3DUTE dans l’atteinte pulmonaire de la mucoviscidose était une méthode fiable et reproductible pour évaluer la sévérité de l’atteinte structurale. Par ailleurs, la faisabilité d’une quantification automatique des hypersignaux T2 à l’IRM a été démontrée et sa pertinence comme biomarqueur spécifique de l’atteinte inflammatoire des voies aériennes évaluée. Ainsi, l’étude quantitative, en TDM comme en IRM, de diverses modifications structurales et fonctionnelles des maladies bronchiques obstructives chroniques ouvre le champ d’une analyse objective et fiable par l’imagerie aux évaluations du suivi et de la réponse au traitement
Chronic obstructive airway diseases are a major public health problem, characterized by chronic inflammation and airways remodeling. Imaging of the structural elements of the lungs (bronchi, bronchioles, vessels...) is essential for defining, phenotyping and following-up these diseases. Visual assessment is prone to inter-observer variability that affects its reliability. Therefore, the development of reliable and reproducible new quantitative methods is necessary. CT and MRI are the two complete imaging methods of the various structural and functional compartments of the lung. This work focused on the development and the validation of quantitative methods using CT and MRI of the lung.Using quantitative CT, we have shown that measurements of bronchial and vascular remodeling in patients with severe pulmonary hypertension (PH), a particular phenotype in COPD patients, contributed to highlight interactions between the cardiovascular and respiratory systems. We have developed a method for small airway disease quantification, tested in a chronic hypersensitivity pneumonitis cohort, that may contribute to evaluate and monitor chronic obstructive airway diseases.Using quantitative MRI, we have developed a fully automated quantification technique to assess the severity of emphysema extent in COPD patients. In addition, transposing bronchial measurement methods from CT to MRI has become possible thanks to the new ultra short echo time (UTE) sequences. Thus, the quantification of bronchial remodeling at 3DUTE MRI in patients with cystic fibrosis, for whom it is necessary to reduce exposure to ionizing radiation, has shown morphological information similar to that of CT. We have also shown that automatic quantification of destructive and inflammatory phenomena by 3DUTE MRI in cystic fibrosis is a reliable and reproducible method for assessing the severity of structural alterations. Furthermore, the feasibility of an automatic quantification of T2 high signal intensity on MRI has been demonstrated and its relevance as a specific biomarker for inflammatory airway disease has been assessed.Thus, the quantitative analysis, in both CT and MRI, of various structural and functional modifications in chronic obstructive airway diseases could be a reliable method in the follow-up and the evaluation of the response to treatment in these diseases

Le remodelage bronchique regroupe des entités physiopaphologiques commel’hypertrophie musculaire lisse dans l’asthme ou l’augmentation d’épaisseur bronchique surl’infiltration de cellules inflammatoires et l’accumulation de fibrose dans la BPCO. Cesremodelages sont corrélés à l’obstruction fonctionnelle et donc à la sévèrité de ces maladies.L’analyse de biopsies bronchique ou pulmonaire permet d’étudier ce phénoméne qui, aprèsune meilleure compréhension, est une cible thérapeutique intérressante. Le premier articleest une revue d’indications de bronchoscopie chez les patients de réanimation. La deuxièmeétude a montré une augmentation des fibrocytes sanguins au cours d’exacerbation sévèrede patient BPCO et une corrélation entre leur taux et le risque de décès du patient. La voiede signalisation du CXCR4 semble impliquée dans ce recrutement. La troisième étudecherche à explorer la localisation et les caractéristiques intra-pulmonaires des fibrocyteschez le patient BPCO à l’état stable. La quatrième étude a montré, in vivo, que le gallopamil,un inhibiteur calcique, pouvait diminuer la taille de muscle lisse bronchique de patientasthmatique sévère en ciblant la biogenèse mitochondriale. Ceci pourrait en faire une armethérapeutique interressante et totalement novatrice. La dernière étude a permis d’isoler unphénotype de patient asthmatique non sévère à « muscle lisse bronchique augmenté » quiprésente un risque accru d’exacerbation et de contrôle non optimal de leur asthme. Lesmitochondries semblent jouer un rôle clé comme dans l’asthme sévère
Airway remodeling groups pathophysiological entities such as smooth musclehypertrophy in asthma or increase bronchial thickness due to infiltration of inflammatory cellsand fibrosis in COPD. These remodeling is correlated with the functional obstruction andtherefore with the severity of these diseases. The bronchial or lung biopsies analysis allowsto study this phenomenon which, after understanding, is an interesting therapeutic target.The first article is a review of indications of bronchoscopy in critically ill patients. The secondstudy showed an increase in blood fibrocytes during severe exacerbation of COPD patientand a correlation between their rate and the risk of patient death. CXCR4 signaling pathwayseems to be involved in the fibrocyte recruitment. The third study seeks to explore thelocation and characteristics of intra-pulmonary fibrocytes in stable COPD patients. The fourthstudy has shown, in vivo, that gallopamil, a calcium channel blocker, could reduce airwaysmooth muscle size in severe asthmatic patient by targeting mitochondrial biogenesis. Thiscould make it an interesting therapeutic weapon and totally innovative. The last study hasisolated a non-severe asthma phenotype with "increased bronchial smooth muscle," whichpresents an increased risk of exacerbation and a suboptimal control of their asthma. Themitochondria appear to play a key role as in severe asthma

L’asthme allergique sévère est une pathologie inflammatoire chronique conséquence d’uneréponse inappropriée de l’organisme à un l’allergène. Cette pathologie, qui représente unproblème de santé publique, peut se caractériser par un infiltrat pulmonaire à neutrophiles,associé à un remodelage bronchique accentué, souvent résistant aux thérapeutiqueshabituelles (corticoïdes inhalés), et à une expression de cytokines de type Th17, menant à un profil Th2/Th17. Les cytokines Th17 comme l’IL-17 et l’IL-22 sont trouvées dans les expectorations induites de patients asthmatiques et ont des propriétés pro-inflammatoires dans le cas de l’asthme allergique. L’IL-22 est impliquée dans le recrutement de neutrophiles,dans le remodelage tissulaire et est connue pour être induite suite à l’infection par des pathogènes de l’enfance qui contribuent au développement et aux exacerbations de l’asthme.Ces pathogènes sont reconnus par un récepteur intracellulaire de l’immunité innée, NOD2,présent au niveau des cellules épithéliales et dendritiques. Ce récepteur est capable de reconnaitre un peptidoglycane, le muramyl dipeptide. Un effet synergique pourrait ainsi existerentre des éléments environnementaux que sont les allergènes et différents agents infectieuxaux quels nous sommes confrontés dans la petite enfance qui pourraient avoir un effet adjuvant sur la production d’IL-22. Pour répondre à cela, un modèle murin d’asthme chronique neutrophilique à l’allergène de chien a été développé au laboratoire, reproduisant l’asthme sévère d’endotype Th2/Th17. La première partie du projet a évalué les effets de la costimulation par NOD2 dans ce modèle chronique, en particulier le remodelage des voies aériennes et l’origine cellulaire de la production d’IL-22. Si l’hypothèse testée d’un effet adjuvant de NOD2 sur les paramètres de l’asthme sévère n’a pas été confirmée, la formation d’inductible Tissu Lymphoïde Associé aux Bronches (iBALT) dans ce modèle nous a faitpoursuivre la caractérisation phénotypique et mécanistique de la formation de ces follicules.Dans ce contexte, l’implication d’un facteur de transcription, exprimé par les cellules Th17 etessentiel à la production d’IL-22, l’Aryl hydrocarbon receptor (AhR) a été évalué. Dans notre modèle, un antagoniste de l’AhR inhibe certains paramètres de l’asthme sévère dont la production d’IL-22, mais à l’inverse, va augmenter la formation des iBALTs en diminuant légèrement la production d’IL-10. La seconde partie a pour but de déterminer le rôle de l’IL-22dans ce modèle chronique d’asthme expérimental à l’allergène de chien, par l’utilisation de souris déficientes en IL-22. Nous observons que l’absence d’IL-22 atténue certaines réponses associées à l’asthme dont, le recrutement de neutrophiles, l’hyperréactivité bronchique, les paramètres liés à la formation de iBALTs, mais ne modifie pas la réponse humorale. La dernière partie de ce projet, vise à identifier les cellules cibles impliquées dans les effets dépendant de l’IL-22, grâce à des souris déficientes en IL-22Ra1, une sous-unité du récepteur de l’IL-22 exprimé, notamment, sur les cellules épithéliales ou les cellules musculaires lisses/myofibroblastes. Les premiers résultats montrent un effet des deux types cellulaires surle recrutement cellulaire global, et des cellules musculaires lisses pour la résistance des voies aériennes et la réponse humorale.En conclusion, nos résultats indiquent que l’IL-22 est une cible de choix dans le cadre d’un traitement de l’asthme allergique sévère. L’ensemble de ce projet devrait permettre la mise en évidence de nouveaux mécanismes impliqués dans l’asthme sévère et ouvrir la voie vers de nouvelles stratégies thérapeutiques pulmonaires locales, ciblant l’IL-22Ra1 et potentiellement le remodelage bronchique. Un des indicateurs de sévérité de l’asthme mais pour lequel aucun traitement n’est disponible en dehors de la thermoplastie
Severe allergic asthma is a chronic inflammatory disease of the airways in response in anallergen. This disease is a public health problem and can be associated with bronchialremodeling, for which no treatment is yet available, except thermoplasty with neutrophilrecruitment in the lung, and Th17 cytokine production as well as mixed Th2/Th17 responses.Among Th17 cytokines, IL-17 and IL-22 are pro-inflammatory cytokines in asthma and arefound in sputum of asthmatics patients. IL-22 is involved in neutrophil recruitment, tissueremodeling and is induced in response to infectious agents, some of which can promote thedevelopment and exacerbation of asthma. These pathogens are recognized by an innateimmunity receptor, NOD2, present in epithelial and dendritic cells. This receptor is able torecognize a peptidoglycan named muramyl di peptide. So, our hypothesis was that costimulation between an allergen and the NOD2 ligand could promote the development of severe allergic asthma through IL-22. To answer this, a murine model of chronic neutrophilic asthma induced by dog allergen has been developed in the laboratory, which reproduces theTh17 severe asthma endotype. The PhD project has been divided in three parts. The first onehas evaluated the effects of NOD2 co-stimulation in the model of chronic dog-inducedexperimental asthma, in particular on lung remodeling, and the cellular origin of IL-22. Despitethe absence of adjuvant effect of NOD2 co-stimulation on asthma parameters, the discoveryof induced Bronchus-Associated Lymphoid Tissue (iBALT) in this model prompted us to pursuethe phenotypic and mechanistic characterization of the formation of these follicles. Atranscription factor, Aryl hydrocarbon receptor (AhR) expressed in Th17 cells and necessaryfor IL-22 production, has been studied in our model. An AhR antagonist inhibited someparameters of asthma including IL-22 production but also increased the formation of iBALTswith decreased IL-10 production. The aim of the second part was to determine the role of IL-22 in the chronic experimental model by using IL-22 deficient mice. IL-22 deficiency induced adecrease in lung neutrophil recruitment, airway hyperresponsiveness, and parametersassociated with iBALT formation, but not modification in humoral response. The last partconsisted in identifying the target cells involved in the IL-22 dependent effects, by using CreLoxP mice allowing to specifically delete the IL-22 receptor, IL-22Ra1 from epithelial or smoothmuscle cells. The first results show that both cells types are involved in Broncho-AlveolarLavage cell recruitment whereas only smooth muscle cells are involved in airwayhyperresponsiveness and humoral response. In conclusion, our results show that IL-22R is a target for treatment of severe allergic asthma.Altogether this project should identify novel mechanisms involved in this disease and opensthe way towards novel therapeutic strategies in severe asthma, potentially by localadministration targeting IL-22R, and potentially bronchial remodelling, an indicator of severeasthma

Le remodelage des voies aériennes est un phénomène mal connu, dont le rôle est central dans la sévérité des maladies broncho-pulmonaires obstructives chroniques telles que l’asthme et la broncho-pneumopathie obstructive chronique (BPCO). La recherche est nécessaire pour comprendre les mécanismes et les conséquences fonctionnelles, qui diffèrent dans ces deux maladies. L’imagerie a le potentiel de pouvoir évaluer de façon non-invasive, in vivo, les mécanismes mis en oeuvre dans ces maladies tandis que la recherche de marqueurs pertinents est une nécessité. Dans l’asthme, chez l’animal, nous avons évalué la densité péribronchique dans des modèles murins de sensibilisation allergique. Ce marqueur a été démontré comme étant un reflet du remodelage des voies aériennes et pourrait être utilisé dans des études précliniques. Chez l’homme, nous avons d’abord optimisé les performances d’un logiciel de segmentation 3D des volumes bronchiques, en termes d’automatisation, détection de bronches distales et squelettisation. Ce logiciel a été appliqué lors d’une étude thérapeutique en double aveugle versus placebo pour évaluer l’effet du gallopamil dans l’asthme sévère. Nos résultats montrent que le remodelage musculaire lisse est une composante clé du remodelage dans l’asthme, et que le TDM quantitatif permet d’évaluer les effets de molécules lors d’essais cliniques. Dans la BPCO, nous avons mis en évidence à l’aide de la TDM quantitative que le remodelage bronchique est impliqué dans une complication particulière qui n’est pas mise en oeuvre dans l’asthme, à savoir le développement d’une hypertension artérielle pulmonaire. D’autre part, nous avons montré que la mesure automatique des petits vaisseaux permet une analyse complémentaire et supporte l’hypothèse d’un phénotype distinct de BPCO associé à une maladie vasculaire. Enfin l’IRM pulmonaire reste un challenge pour l’imagerie du fait de la faible teneur en protons et des mouvements cardiaque et respiratoire. Nous avons testé et optimisé une nouvelle séquence permettant d’obtenir des imageries de qualité très proches de celles du TDM. Ces résultats ouvrent des perspectives sur l’imagerie non irradiante des maladies broncho-pulmonaires chroniques par IRM
Airway remodeling is a critical outcome in broncho-pulmonary obstructive disorders such as asthma, COPD and cystic fibrosis. Research is needed in order to better understand the pathophysiological process underlying these different diseases, as well as their functional significance and consesquences in vivo. Imaging allows non-invasive and quantitative assessment of the remodeling process in vivo. In asthma, we have assessed the value of peribronchial density using microCT in murine models of ovalbumine sensitization. This novel biomarker was shown to relate with remodeling than inflammation of airways and could be used in preclinical studies. In humans, we first optimized an existing chain of post treatment in order to segment in 3 dimensions bronchi volumes in order to improve automation, detection and skeletonization. The software was applied in a prospective randomized double-blinded study in severe asthma, in order to test the effect of a new therapeutic anticalcic agent. Results showed that the software enables a non-invasive assessment of airway smooth muscle remodeling in severe asthma during therapeutic studies. In COPD, we have shown that quantitative CT is able to unravel new complex mechanisms that are involved in COPD but not in asthma, i.e. the development of pulmonary hypertension. CT measurements of small vessels were also shown to add complementary information on COPD phenotypes, supporting the existence of distinct subtypes of COPD related to a vascular rather than a broncho-pulmonary disease. Finally, lung MRI is still a challenging field of investigation, owing to the very low proton density of bronchi, the presence of movement artifact. We have tested and optimized an innovative sequence combined with respiratory synchronization in order to get images in close agreement with CT. Perspectives related to this novel non-invasive, quantitative and radiation-free imaging technique are promising in the evaluation of broncho-pulmonary obstructive diseases