In-line rheo-optical characterization during small-scale polymer processing and compounding

As increasingly more sophisticated materials and products are being developed and times-to-market need to be minimized, it is important to make available fast response characterization tools using small amounts of sample, capable of conveying data on the relationships between rheological response, process-induced material structure and product characteristics. For this purpose, a single / twin-screw mini-extrusion system of modular construction, with well-controlled outputs in the range 30-300 g/h, was coupled to a in- house developed rheo-optical slit die able to measure shear viscosity and normal-stress differences, as well as performing rheo-optical experiments, namely small angle light scattering (SALS) and polarized optical microscopy (POM). In addition, the mini-extruder is equipped with ports that allow sample collection, and the extrudate can be further processed into products to be tested later. Here, we present the concept and experimental set-up [1, 2]. As a typical application, we report on the characterization of the processing of a polymer blend and of the properties of extruded sheets. The morphological evolution of a PS/PMMA industrial blend along the extruder, the flow-induced structures developed and the corresponding rheological characteristics are presented, together with the mechanical and structural characteristics of produced sheets. The application of this experimental tool to other material systems will also be discussed.

Expressão e caracterização de uma lectina recombinante de interesse biomédico

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)

Design of bio-based supramolecular structures through self-assembly of α-lactalbumin and lysozyme

Bovine α-lactalbumin (α-La) and lysozyme (Lys), two globular proteins with highly homologous tertiary structures and opposite isoelectric points, were used to produce bio-based supramolecular structures under various pH values (3, 7 and 11), temperatures (25, 50 and 75 °C) and times (15, 25 and 35 min) of heating. Isothermal titration calorimetry experiments showed protein interactions and demonstrated that structures were obtained from the mixture of α-La/Lys in molar ratio of 0.546. Structures were characterized in terms of morphology by transmission electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering (DLS), conformational structure by circular dichroism and intrinsic fluorescence spectroscopy and stability by DLS. Results have shown that protein conformational structure and intermolecular interactions are controlled by the physicochemical conditions applied. The increase of heating temperature led to a significant decrease in size and polydispersity (PDI) of α-La–Lys supramolecular structures, while the increase of heating time, particularly at temperatures above 50 °C, promoted a significant increase in size and PDI. At pH 7 supramolecular structures were obtained at microscale – confirmed by optical microscopy – displaying also a high PDI (i.e. > 0.4). The minimum size and PDI (61 ± 2.3 nm and 0.14 ± 0.03, respectively) were produced at pH 11 for a heating treatment of 75 °C for 15 min, thus suggesting that these conditions could be considered as critical for supramolecular structure formation. Its size and morphology were confirmed by TEM showing a well-defined spherical form. Structures at these conditions showed to be stable at least for 30 or 90 days, when stored at 25 or 4 °C, respectively. Hence, α-La–Lys supramolecular structures showed properties that indicate that they are a promising delivery system for food and pharmaceutical applications.

Implementação e validação de um método analítico para a determinação de sucralose (E955) em refrigerantes e cervejas por HPLC-ELSD

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caraterização e Análise Química

Síntese e caracterização de nanopartículas vetorizadas para células tumorais com possível aplicação na entrega controlada de fármacos

Dissertação de mestrado em Química Medicinal

Fungi, bacteria and soil pH: the oxalate-carbonate pathway as a model for metabolic interaction

The oxalatecarbonate pathway involves the oxidation of calcium oxalate to low-magnesium calcite and represents a potential long-term terrestrial sink for atmospheric CO2. In this pathway, bacterial oxalate degradation is associated with a strong local alkalinization and subsequent carbonate precipitation. In order to test whether this process occurs in soil, the role of bacteria, fungi and calcium oxalate amendments was studied using microcosms. In a model system with sterile soil amended with laboratory cultures of oxalotrophic bacteria and fungi, the addition of calcium oxalate induced a distinct pH shift and led to the final precipitation of calcite. However, the simultaneous presence of bacteria and fungi was essential to drive this pH shift. Growth of both oxalotrophic bacteria and fungi was confirmed by qPCR on the frc (oxalotrophic bacteria) and 16S rRNA genes, and the quantification of ergosterol (active fungal biomass) respectively. The experiment was replicated in microcosms with non-sterilized soil. In this case, the bacterial and fungal contribution to oxalate degradation was evaluated by treatments with specific biocides (cycloheximide and bronopol). Results showed that the autochthonous microflora oxidized calcium oxalate and induced a significant soil alkalinization. Moreover, data confirmed the results from the model soil showing that bacteria are essentially responsible for the pH shift, but require the presence of fungi for their oxalotrophic activity. The combined results highlight that the interaction between bacteria and fungi is essential to drive metabolic processes in complex environments such as soil.

Defining the site of light perception and initiation of phototropism in Arabidopsis.

Phototropism is an adaptive response allowing plants to optimize photosynthetic light capture. This is achieved by asymmetric growth between the shaded and lit sides of the stimulated organ. In grass seedlings, the site of phototropin-mediated light perception is distinct from the site of bending; however, in dicotyledonous plants (e.g., Arabidopsis), spatial aspects of perception remain debatable. We use morphological studies and genetics to show that phototropism can occur in the absence of the root, lower hypocotyl, hypocotyl apex, and cotyledons. Tissue-specific expression of the phototropin1 (phot1) photoreceptor demonstrates that light sensing occurs in the upper hypocotyl and that expression of phot1 in the hypocotyl elongation zone is sufficient to enable a normal phototropic response. Moreover, we show that efficient phototropism occurs when phot1 is expressed from endodermal, cortical, or epidermal cells and that its local activation rapidly leads to a global response throughout the seedling. We propose that spatial aspects in the steps leading from light perception to growth reorientation during phototropism differ between grasses and dicots. These results are important to properly interpret genetic experiments and establish a model connecting light perception to the growth response, including cellular and morphological aspects.

Systems biology of plants : from intraspecific genome variation to computational morphodynamics

Recently, the introduction of second generation sequencing and further advance-ments in confocal microscopy have enabled system-level studies for the functional characterization of genes. The degree of complexity intrinsic to these approaches needs the development of bioinformatics methodologies and computational models for extracting meaningful biological knowledge from the enormous amount of experi¬mental data which is continuously generated. This PhD thesis presents several novel bioinformatics methods and computational models to address specific biological questions in Plant Biology by using the plant Arabidopsis thaliana as a model system. First, a spatio-temporal qualitative analysis of quantitative transcript and protein profiles is applied to show the role of the BREVIS RADIX (BRX) protein in the auxin- cytokinin crosstalk for root meristem growth. Core of this PhD work is the functional characterization of the interplay between the BRX protein and the plant hormone auxin in the root meristem by using a computational model based on experimental evidence. Hyphotesis generated by the modelled to the discovery of a differential endocytosis pattern in the root meristem that splits the auxin transcriptional response via the plasma membrane to nucleus partitioning of BRX. This positional information system creates an auxin transcriptional pattern that deviates from the canonical auxin response and is necessary to sustain the expression of a subset of BRX-dependent auxin-responsive genes to drive root meristem growth. In the second part of this PhD thesis, we characterized the genome-wide impact of large scale deletions on four divergent Arabidopsis natural strains, through the integration of Ultra-High Throughput Sequencing data with data from genomic hybridizations on tiling arrays. Analysis of the identified deletions revealed a considerable portion of protein coding genes affected and supported a history of genomic rearrangements shaped by evolution. In the last part of the thesis, we showed that VIP3 gene in Arabidopsis has an evo-lutionary conserved role in the 3' to 5' mRNA degradation machinery, by applying a novel approach for the analysis of mRNA-Seq data from random-primed mRNA. Altogether, this PhD research contains major advancements in the study of natural genomic variation in plants and in the application of computational morphodynamics models for the functional characterization of biological pathways essential for the plant. - Récemment, l'introduction du séquençage de seconde génération et les avancées dans la microscopie confocale ont permis des études à l'échelle des différents systèmes cellulaires pour la caractérisation fonctionnelle de gènes. Le degrés de complexité intrinsèque à ces approches ont requis le développement de méthodologies bioinformatiques et de modèles mathématiques afin d'extraire de la masse de données expérimentale générée, des information biologiques significatives. Ce doctorat présente à la fois des méthodes bioinformatiques originales et des modèles mathématiques pour répondre à certaines questions spécifiques de Biologie Végétale en utilisant la plante Arabidopsis thaliana comme modèle. Premièrement, une analyse qualitative spatio-temporelle de profiles quantitatifs de transcripts et de protéines est utilisée pour montrer le rôle de la protéine BREVIS RADIX (BRX) dans le dialogue entre l'auxine et les cytokinines, des phytohormones, dans la croissance du méristème racinaire. Le noyau de ce travail de thèse est la caractérisation fonctionnelle de l'interaction entre la protéine BRX et la phytohormone auxine dans le méristème de la racine en utilisant des modèles informatiques basés sur des preuves expérimentales. Les hypothèses produites par le modèle ont mené à la découverte d'un schéma différentiel d'endocytose dans le méristème racinaire qui divise la réponse transcriptionnelle à l'auxine par le partitionnement de BRX de la membrane plasmique au noyau de la cellule. Cette information positionnelle crée une réponse transcriptionnelle à l'auxine qui dévie de la réponse canonique à l'auxine et est nécessaire pour soutenir l'expression d'un sous ensemble de gènes répondant à l'auxine et dépendant de BRX pour conduire la croissance du méristème. Dans la seconde partie de cette thèse de doctorat, nous avons caractérisé l'impact sur l'ensemble du génome des délétions à grande échelle sur quatre souches divergentes naturelles d'Arabidopsis, à travers l'intégration du séquençage à ultra-haut-débit avec l'hybridation génomique sur puces ADN. L'analyse des délétions identifiées a révélé qu'une proportion considérable de gènes codant était affectée, supportant l'idée d'un historique de réarrangement génomique modelé durant l'évolution. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons montré que le gène VÏP3 dans Arabidopsis a conservé un rôle évolutif dans la machinerie de dégradation des ARNm dans le sens 3' à 5', en appliquant une nouvelle approche pour l'analyse des données de séquençage d'ARNm issue de transcripts amplifiés aléatoirement. Dans son ensemble, cette recherche de doctorat contient des avancées majeures dans l'étude des variations génomiques naturelles des plantes et dans l'application de modèles morphodynamiques informatiques pour la caractérisation de réseaux biologiques essentiels à la plante. - Le développement des plantes est écrit dans leurs codes génétiques. Pour comprendre comment les plantes sont capables de s'adapter aux changements environnementaux, il est essentiel d'étudier comment leurs gènes gouvernent leur formation. Plus nous essayons de comprendre le fonctionnement d'une plante, plus nous réalisons la complexité des mécanismes biologiques, à tel point que l'utilisation d'outils et de modèles mathématiques devient indispensable. Dans ce travail, avec l'utilisation de la plante modèle Arabidopsis thalicinci nous avons résolu des problèmes biologiques spécifiques à travers le développement et l'application de méthodes informatiques concrètes. Dans un premier temps, nous avons investigué comment le gène BREVIS RADIX (BRX) régule le développement de la racine en contrôlant la réponse à deux hormones : l'auxine et la cytokinine. Nous avons employé une analyse statistique sur des mesures quantitatives de transcripts et de produits de gènes afin de démontrer que BRX joue un rôle antagonisant dans le dialogue entre ces deux hormones. Lorsque ce-dialogue moléculaire est perturbé, la racine primaire voit sa longueur dramatiquement réduite. Pour comprendre comment BRX répond à l'auxine, nous avons développé un modèle informatique basé sur des résultats expérimentaux. Les simulations successives ont mené à la découverte d'un signal positionnel qui contrôle la réponse de la racine à l'auxine par la régulation du mouvement intracellulaire de BRX. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons analysé le génome entier de quatre souches naturelles d'Arabidopsis et nous avons trouvé qu'une grande partie de leurs gènes étaient manquant par rapport à la souche de référence. Ce résultat indique que l'historique des modifications génomiques conduites par l'évolution détermine une disponibilité différentielle des gènes fonctionnels dans ces plantes. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons analysé les données du transcriptome de la plante où le gène VIP3 était non fonctionnel. Ceci nous a permis de découvrir le rôle double de VIP3 dans la régulation de l'initiation de la transcription et dans la dégradation des transcripts. Ce rôle double n'avait jusqu'alors été démontrée que chez l'homme. Ce travail de doctorat supporte le développement et l'application de méthodologies informatiques comme outils inestimables pour résoudre la complexité des problèmes biologiques dans la recherche végétale. L'intégration de la biologie végétale et l'informatique est devenue de plus en plus importante pour l'avancée de nos connaissances sur le fonctionnement et le développement des plantes.

Hard-wired heterogeneity in blood stem cells revealed using a dynamic regulatory network model.

MOTIVATION: Combinatorial interactions of transcription factors with cis-regulatory elements control the dynamic progression through successive cellular states and thus underpin all metazoan development. The construction of network models of cis-regulatory elements, therefore, has the potential to generate fundamental insights into cellular fate and differentiation. Haematopoiesis has long served as a model system to study mammalian differentiation, yet modelling based on experimentally informed cis-regulatory interactions has so far been restricted to pairs of interacting factors. Here, we have generated a Boolean network model based on detailed cis-regulatory functional data connecting 11 haematopoietic stem/progenitor cell (HSPC) regulator genes. RESULTS: Despite its apparent simplicity, the model exhibits surprisingly complex behaviour that we charted using strongly connected components and shortest-path analysis in its Boolean state space. This analysis of our model predicts that HSPCs display heterogeneous expression patterns and possess many intermediate states that can act as 'stepping stones' for the HSPC to achieve a final differentiated state. Importantly, an external perturbation or 'trigger' is required to exit the stem cell state, with distinct triggers characterizing maturation into the various different lineages. By focusing on intermediate states occurring during erythrocyte differentiation, from our model we predicted a novel negative regulation of Fli1 by Gata1, which we confirmed experimentally thus validating our model. In conclusion, we demonstrate that an advanced mammalian regulatory network model based on experimentally validated cis-regulatory interactions has allowed us to make novel, experimentally testable hypotheses about transcriptional mechanisms that control differentiation of mammalian stem cells. SUPPLEMENTARY INFORMATION: Supplementary data are available at Bioinformatics online.

Controlling cytokinesis in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe : the role of dma1; and ubc8

ABSTRACT The fission yeast Schizosaccharomyces pombe is a single celled eukaryote that has proved to be an excellent model system for the study of cell cycle control. S. pombe cells are rod shaped and grow mainly by elongation at their tips. They divide by formation of medially-placed cell wall, or septum, which cleaves the cell in two. Once the cell commits itself to mitosis the site of division is determined by formation of an acto-myosin based contractile ring at the cell cortex. The ring is assembled in stages throughout mitosis and contracts at the end of anaphase, coincident with spindle disassembly. The contraction, but not the assembly, of the ring requires the signal transduction network called the septation initiation network or SIN. The core components of the SIN are three protein kinases (cdc7p, sidl p and sid2p) and their regulatory subunits (spg1 p, cdcl4p and moblp, respectively). Signalling is dependent upon the nucleotide status of the GTPase spgl p, which is regulated by a two-component GAP protein, cdc16p-byr4p. Signalling is thought to emanate from the spindle pole body, where core SIN components are anchored to a scaffold comprised of sid4p and cdc11p. Activation of the SIN requires the protein kinase plolp, which also has additional roles in mitosis. SIN signalling is tightly regulated to assure the proper co-ordination of mitosis and cytokinesis. Ectopic activation of the SIN in interphase can uncouple septum formation from mitosis, while deregulated SIN signalling leads to formation of cells with multiple septa that do not cleave. Regulators of SIN activity are therefore of considerable interest. This study has concentrated upon two of these, dma1 and ubc8. I have demonstrated that dmal becomes essential when SIN signalling is activated. This leads me to propose a tripartite model for regulation of the SIN during the mitotic cell cycle. Increased expression of dma1 inhibits SIN signalling and prevents cell division. To identify potential targets and mediators of this, multicopy suppressors of dma1 toxicity were identified. One of these, ubc8, is the subject of this thesis. Genetic and molecular analyses are consistent with the view that ubc8p acts as an inhibitor of the SIN Localisation of ubc8p indicates that it is a nuclear protein. The ubc8 gene is not essential, but in its absence cells are unable to prevent septum formation if progression through mitosis is impaired. These data suggest that it may be an effector of the spindle assembly checkpoint. Together, these data shed new light upon the mechanisms by which cytokinesis is regulated in S. pombe. RESUME La levure Schizosaccharomyces pombe est un eucaryote unicellulaire qui est un bon système d'étude du cycle cellulaire. Les cellules de S. pombe sont en forme de bâtonnets et poussent par allongement aux deux bouts. Elles se divisent en formant une paroi au milieu de la cellule, qui s'appelle un septum et qui sépare la cellule en deux. Une fois que la cellule est engagée dans la mitose, le site de clivage est déterminé par la formation d'un anneau contractile d'acto-myosine au niveau du cortex cellulaire. Cet anneau est séquentiellement assemblé au cours de la mitose et se contacte à la fin de l'anaphase, au moment où le fuseau mitotique et désassemblé. La contraction, mais non pas l'assemblage, de l'anneau dépend d'un réseau de signalisation appelé septation initiation netvvork' ou SIN. Les composants centraux du SIN sont trois kinases (cdc7, sidi et sid2) ainsi que leurs sous-unités régulatrices (spgl, cdc14 et mob1, respectivement). La signalisation dépend du nucléotide rattaché à la GTPase spgl qui est régulée par une GAP comprenant deux sous-unités cdc16 et byr4. La signalisation est présumée provenir du pôle du fuseau où les composants centraux du SIN sont ancrés grâce à un échafaudage comprenant sid4 et cdcl 1. La signalisation est étroitement régulée pour assurer une bonne coordination entre mitose et cytokinèse. Une activation ectopique du SIN en interphase peut découpler la formation du septum de la mitose, engendrant des cellules à multiples septa qui ne sont pas clivés. C'est pourquoi les régulateurs du SIN sont d'un intérêt considérable. Cette étude se concentre autour de deux ces régulateurs, dma1 et ubc8. J'ai montré que dma1 devient essentiel quand la signalisation du SIN est activée. Ceci m'amène à proposer un modèle en trois parties pour la régulation du SIN durant la mitose. Une expression élevée de dma1 inhibe la signalisation du SIN et empêche la division cellulaire. Afin d'identifier des substrats ou médiateurs potentiels de la toxicité de dma1, des supresseurs en copies multiples ont été identifiés. Un de ces supresseurs, ubc8, constitue le deuxième sujet de cette thèse. Les études génétiques et moléculaires suggèrent un rôle inhibiteur du SIN par ubc8. Ubc8p est une protéine nucléaire, non essentielle, mais en son absence les cellules ne peuvent pas restreindre la fomation du septum, lorsque la progression de la mitose est perturbée. Les données suggèrent que ubc8 pourrait être un effecteur de point de contrôle de l'assemblage du fuseau mitotique. Prises dans leur ensemble, ces données apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes de régulation de la cytokinèse dans S. pombe.

Genetic redox dysregulation induces behavioural deficits in the adult mouse: an animal model for schizophrenia

Background: Glutathione (GSH), a major cellular redox regulator and antioxidant, is decreased in cerebrospinal fluid and prefrontal cortex of schizophrenia patients. The gene of the key GSH-synthesizing enzyme, glutamate-cysteine ligase, modifier (GCLM) subunit, is associated with schizophrenia, suggesting that the deficit in the GSH system is of genetic origin. Using the GCLM knock-out (KO) mouse as model system with 60% decreased brain GSH levels and, thus, strong vulnerability to oxidative stress, we have shown that GSH dysregulation results in abnormal mouse brain morphology (e.g., reduced parvalbumin, PV, immuno-reactivity in frontal areas) and function. Additional oxidative stress, induced by GBR12909 (a dopamine re-uptake inhibitor), enhances morphological changes even further. Aim: In the present study we use the GCLM KO mouse model system, asking now, whether GSH dysregulation also compromises mouse behaviour and cognition. Methods: Male and female wildtype (WT) and GCLM-KO mice are treated with GBR12909 or phosphate buffered saline (PBS) from postnatal day (P) 5 to 10, and are behaviourally tested at P 60 and older. Results: In comparison to WT, KO animals of both sexes are hyperactive in the open field, display more frequent open arm entries on the elevated plus maze, longer float latencies in the Porsolt swim test, and more frequent contacts of novel and familiar objects. Contrary to other reports of animal models with reduced PV immuno-reactivity, GCLM-KO mice display normal rule learning capacity and perform normally on a spatial recognition task. GCLM-KO mice do, however, show a strong deficit in object-recognition after a 15 minutes retention delay. GBR12909 treatment exerts no additional effect. Conclusions: The results suggest that animals with impaired regulation of brain oxidative stress are impulsive and have reduced behavioural control in novel, unpredictable contexts. Moreover, GSH dysregulation seems to induce a selective attentional or stimulus-encoding deficit: despite intensive object exploration, GCLM-KO mice cannot discriminate between novel and familiar objects. In conclusion, the present data indicate that GSH dysregulation may contribute to the manifestation of behavioural and cognitive anomalies that are associated with schizophrenia.

Natural genetic variation of root system architecture from Arabidopsis to Brachypodium: towards adaptive value.

Root system architecture is a trait that displays considerable plasticity because of its sensitivity to environmental stimuli. Nevertheless, to a significant degree it is genetically constrained as suggested by surveys of its natural genetic variation. A few regulators of root system architecture have been isolated as quantitative trait loci through the natural variation approach in the dicotyledon model, Arabidopsis. This provides proof of principle that allelic variation for root system architecture traits exists, is genetically tractable, and might be exploited for crop breeding. Beyond Arabidopsis, Brachypodium could serve as both a credible and experimentally accessible model for root system architecture variation in monocotyledons, as suggested by first glimpses of the different root morphologies of Brachypodium accessions. Whether a direct knowledge transfer gained from molecular model system studies will work in practice remains unclear however, because of a lack of comprehensive understanding of root system physiology in the native context. For instance, apart from a few notable exceptions, the adaptive value of genetic variation in root system modulators is unknown. Future studies should thus aim at comprehensive characterization of the role of genetic players in root system architecture variation by taking into account the native environmental conditions, in particular soil characteristics.

Exhaled breath condensate (EBC) as a matrix for nanoparticle exposure and health effect evaluation : final scientific report

The aim of this pilot project was to evaluate the feasibility of assessing the deposited particle dose in the lungs by applying the dynamic light scattering-based methodology in exhaled breath condensateur (EBC). In parallel, we developed and validated two analytical methods allowing the determination of inflammatory (hydrogen peroxide - H2O2) and lipoperoxidation (malondialdehyde - MDA) biomarkers in exhaled breath condensate. Finally, these methods were used to assess the particle dose and consecutive inflammatory effect in healthy nonsmoker subjects exposed to environmental tobacco smoke in controlled situations was done.

Dynamic and Regulated Association of Caveolin with Lipid Bodies: Modulation of Lipid Body Motility and Function by a Dominant Negative Mutant

Caveolins are a crucial component of caveolae but have also been localized to the Golgi complex, and, under some experimental conditions, to lipid bodies (LBs). The physiological relevance and dynamics of LB association remain unclear. We now show that endogenous caveolin-1 and caveolin-2 redistribute to LBs in lipid loaded A431 and FRT cells. Association with LBs is regulated and reversible; removal of fatty acids causes caveolin to rapidly leave the lipid body. We also show by subcellular fractionation, light and electron microscopy that during the first hours of liver regeneration, caveolins show a dramatic redistribution from the cell surface to the newly formed LBs. At later stages of the regeneration process (when LBs are still abundant), the levels of caveolins in LBs decrease dramatically. As a model system to study association of caveolins with LBs we have used brefeldin A (BFA). BFA causes rapid redistribution of endogenous caveolins to LBs and this association was reversed upon BFA washout. Finally, we have used a dominant negative LB-associated caveolin mutant (cavDGV) to study LB formation and to examine its effect on LB function. We now show that the cavDGV mutant inhibits microtubule-dependent LB motility and blocks the reversal of lipid accumulation in LBs.

VEGF is a mediator of retinal pigment epithelium permeability leading to photoreceptor cell death in light-induced retinal degeneration : gene therapy strategy to prevent AMD-disorders

ABSTRACTIn normal tissues, a balance between pro- and anti-angiogenic factors tightly controls angiogenesis. Alterations of this balance may have pathological consequences. For instance, concerning the retina, the vascular endothelial growth factor (VEGF) is a potent pro-angiogenic factor, and has been identified has a key player during ocular neovascularization implicated in a variety of retinal diseases. In the exudative form (wet-form) of age-related macular degeneration (AMD), neovascularizations occurring from the choroidal vessels are responsible for a quick and dramatic loss of visual acuity. In diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity, sprouting from the retinal vessels leads to vision loss. Furthermore, the aging of the population, the increased- prevalence of diabetes and the better survival rate of premature infants will lead to an increasing rate of these conditions. In this way, anti-VEGF strategy represents an important therapeutic target to treat ocular neovascular disorders.In addition, the administration of Pigmented Epithelial growth factor, a neurotrophic and an anti- angiogenic factor, prevents photoreceptor cell death in a model of retinal degeneration induced by light. Previous results analyzing end point morphology reveal that the light damage (LD) model is used to mimic retinal degenerations arising from environmental insult, as well as aging and genetic disease such as advanced atrophic AMD. Moreover, light has been identified as a co-factor in a number of retinal diseases, speeding up the degeneration process. This protecting effect of PEDF in the LD retina raises the possibility of involvement of the balance between pro- and anti-angiogenic factors not only for angiogenesis, but also in cell survival and maintenance.The aim of the work presented here was to evaluate the importance of this balance in neurodegenerative processes. To this aim, a model of light-induced retinal degeneration was used and characterized, mainly focusing on factors simultaneously controlling neuron survival and angiogenesis, such as PEDF and VEGF.In most species, prolonged intense light exposure can lead to photoreceptor cell damage that can progress to cell death and vision loss. A protocol previously described to induce retinal degeneration in Balb/c mice was used. Retinas were characterized at different time points after light injury through several methods at the functional and molecular levels. Data obtained confirmed that toxic level of light induce PR cell death. Variations were observed in VEGF pathway players in both the neural retina and the eye-cup containing the retinal pigment epithelium (RPE), suggesting a flux of VEGF from the RPE towards the neuroretina. Concomitantly, the integrity of the outer blood-retinal-barrier (BRB) was altered, leading to extravascular albumin leakage from the choroid throughout the photoreceptor layer.To evaluate the importance of VEGF during light-induced retinal degeneration process, a lentiviral vector encoding the cDNA of a single chain antibody directed against all VEGF-A isoforms was developed (LV-V65). The bioactivity of this vector to block VEGF was validated in a mouse model of laser-induced choroidal neovascularization mediated by VEGF upregulation. The vector was then used in the LD model. The administration of the LV-V65 contributed to the maintenance of functional photoreceptors, which was assessed by ERG recording, visual acuity measurement and histological analyses. At the RPE level, the BRB integrity was preserved as shown by the absence of albumin leakage and the maintenance of RPE cell cohesion.These results taken together indicate that the VEGF is a mediator of light induced PR degeneration process and confirm the crucial role of the balance between pro- and anti-angiogenic factors in the PR cell survival. This work also highlights the prime importance of BRB integrity and functional coupling between RPE and PR cells to maintain the PR survival. VEGF dysregulation was already shown to be involved in wet AMD forms and our study suggests that VEGF dysregulation may also occur at early stages of AMD and could thus be a potential therapeutic target for several RPE related diseases.RESUMEDans les différents tissues de l'organisme, l'angiogenèse est strictement contrôlée par une balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques. Des modifications survenant dans cette balance peuvent engendrer des conséquences pathologiques. Par exemple, concernant la rétine, le facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF) est un facteur pro-angiogénique important. Ce facteur a été identifié comme un acteur majeur dans les néovascularisations oculaires et les processus pathologiques angiogéniques survenant dans l'oeil et responsables d'une grande variété de maladies rétiniennes. Dans la forme humide de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA), la néovascularisation choroïdienne est responsable de la perte rapide et brutale de l'acuité visuelle chez les patients affectés. Dans la rétinopathie diabétique et celle lié à la prématurité, l'émergence de néovaisseaux rétiniens est la cause de la perte de la vision. Les néovascularisations oculaires représentent la principale cause de cécité dans les pays développés. De plus, l'âge croissant de la population, la progression de la prévalence du diabète et la meilleure survie des enfants prématurés mèneront sans doute à l'augmentation de ces pathologies dans les années futures. Dans ces conditions, les thérapies anti- angiogéniques visant à inhiber le VEGF représentent une importante cible thérapeutique pour le traitement de ces pathologies.Plusieurs facteurs anti-angiogéniques ont été identifiés. Parmi eux, le facteur de l'épithélium pigmentaire (PEDF) est à la fois un facteur neuro-trophique et anti-angiogénique, et l'administration de ce facteur au niveau de la rétine dans un modèle de dégénérescence rétinienne induite par la lumière protège les photorécepteurs de la mort cellulaire. Des études antérieures basées sur l'analyse morphologique ont révélé que les modifications survenant lors de la dégénération induite suite à l'exposition à des doses toxiques de lumière représente un remarquable modèle pour l'étude des dégénérations rétiniennes suite à des lésions environnementales, à l'âge ou encore aux maladies génétiques telle que la forme atrophique avancée de la DMLA. De plus, la lumière a été identifiée comme un co-facteur impliqué dans un grand nombre de maladies rétiniennes, accélérant le processus de dégénération. L'effet protecteur du PEDF dans les rétines lésées suite à l'exposition de des doses toxiques de lumière suscite la possibilité que la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques soit impliquée non seulement dans les processus angiogéniques, mais également dans le maintient et la survie des cellules.Le but de ce projet consiste donc à évaluer l'implication de cette balance lors des processus neurodégénératifs. Pour cela, un modèle de dégénération induite par la lumière à été utilisé et caractérisé, avec un intérêt particulier pour les facteurs comme le PEDF et le VEGF contrôlant simultanément la survie des neurones et l'angiogenèse.Dans la plupart des espèces, l'exposition prolongée à une lumière intense peut provoquer des dommages au niveau des cellules photoréceptrices de l'oeil, qui peut mener à leur mort, et par conséquent à la perte de la vision. Un protocole préalablement décrit a été utilisé pour induire la dégénération rétinienne dans les souris albinos Balb/c. Les rétines ont été analysées à différents moments après la lésion par différentes techniques, aussi bien au niveau moléculaire que fonctionnel. Les résultats obtenus ont confirmé que des doses toxiques de lumière induisent la mort des photorécepteurs, mais altèrent également la voie de signalisation du VEGF, aussi bien dans la neuro-rétine que dans le reste de l'oeil, contenant l'épithélium pigmentaire (EP), et suggérant un flux de VEGF provenant de ΙΈΡ en direction de la neuro-rétine. Simultanément, il se produit une altération de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe, menant à la fuite de protéine telle que l'albumine, provenant de la choroïde et retrouvée dans les compartiments extravasculaires de la rétine, telle que dans la couche des photorécepteurs.Pour déterminer l'importance et le rôle du VEGF, un vecteur lentiviral codant pour un anticorps neutralisant dirigée contre tous les isoformes du VEGF a été développé (LV-V65). La bio-activité de ce vecteur a été testé et validée dans un modèle de laser, connu pour induire des néovascularisations choroïdiennes chez la souris suite à l'augmentation du VEGF. Ce vecteur a ensuite été utilisé dans le modèle de dégénération induite par la lumière. Les résultats des électrorétinogrammes, les mesures de l'acuité visuelle et les analyses histologiques ont montré que l'injection du LV-V65 contribue à la maintenance de photorécepteurs fonctionnels. Au niveau de l'EP, l'absence d'albumine et la maintenance des jonctions cellulaires des cellules de l'EP ont démontré que l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe est préservée suite au traitement.Par conséquent, tous les résultats obtenus indiquent que le VEGF est un médiateur important impliquée dans le processus de dégénération induit par la lumière et confirme le rôle cruciale de la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques dans la survie des photorécepteurs. Cette étude révèle également l'importance de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne et l'importance du lien fonctionnel et structurel entre l'EP et les photorécepteurs, essentiel pour la survie de ces derniers. Par ailleurs, Cette étude suggère que des dérèglements au niveau de l'équilibre du VEGF ne sont pas seulement impliqués dans la forme humide de la DMLA, comme déjà démontré dans des études antérieures, mais pourraient également contribuer et survenir dans des formes précoces de la DMLA, et par conséquent le VEGF représente une cible thérapeutique potentielle pour les maladies associées à des anomalies au niveau de l'EP.