The epithelial elastolytic balance in intestinal mucosal healing | L'équilibre élastolytique épithélial dans la cicatrisation de la muqueuse intestinale

English. Inflammatory Bowel Diseases (IBD) are characterized by inflammatory flare-ups of varying intensity, alternating with phases of remission. Their therapeutic management is focused on reducing inflammation. Today, clinical studies have shown that complete healing of the mucosa is necessary to prolong the remission phase in IBD patients. It is therefore necessary to find new molecular therapeutic targets. In patients suffering of IBD, the mucosal proteolytic balance is disturbed. Studies have shown that patients exhibit elastolytic hyperactivity in colonic biopsies from inflammatory areas. The hyperactivity of a protease, elastase-2, produced and secreted by the colonic epithelium has been identified as a pro-inflammatory factor in IBD patients. Through the development of a mouse model of human ELA2 overexpression specifically in intestinal epithelial cells, it has been shown that ELA2 overexpression is sufficient to induce an epithelial barrier defect (mucus disorganization, bacterial translocation and increased expression of pro-inflammatory cytokines) similar to that observed in IBD patients. In addition, high amount of ELA2 was detected in quiescent zones of colon from IBD patients. Thus, the maintenance of this impaired barrier function by ELA2 hyperactivity could contribute to the lack of healing of the intestinal mucosa observed in IBD patients. The aim of my thesis work was therefore to characterize the consequences of hyperactivity of this epithelial elastase on colonic mucosal healing. To highlight the consequences of ELA2 overexpression on colonic mucosal healing, colitis was induced in transgenic mice overexpressing human ELA2 specifically in intestinal epithelial cells. Repair mechanisms were studied over time using an endoscopic procedure and macroscopic, histological and molecular analyses have been undertaken. We showed that ELA2 hyperactivity leads to delayed wound healing, supported by aberrant remodelling of the extracellular matrix and defective maturation of colonic crypts. To characterize the direct effect of ELA2 overexpression on intestinal epithelial cells, a 3D culture model of murine primary epithelial cells (organoids) was developed. The results show that the effects of ELA2 hyperactivity are dependent on the crypt microenvironment. Mucosal healing in patients with chronic inflammatory bowel disease is poorly documented, due to a lack of molecular tools. Experimental development in mice has enabled us to characterize this repair process in the colonic mucosa after an inflammatory burst, and to identify molecular markers. To find out whether these molecular players are also affected in IBD patients, RNAseq data available to the scientific community was collected and analysed. The results show that there are molecular similarities between IBD patients and the mouse model of ELA2 overexpression. This thesis project enabled us to characterize the healing of the intestinal mucosa in a mouse model mimicking IBD patient damage, and also to establish previously unknown markers of healing. The activitý of the epithelial elastase, ELA2, could be one of the markers of the healing defect in the colonic mucosa of IBD patients. Hyperactivity of ELA2 would participate in delayed mucosal healing in IBD patients.

French. Les Maladies Inflammatoires Chroniques de l'Intestin (MICI) se caractérisent par des poussées inflammatoires d'intensité variable alternant avec des phases de rémission. Leur prise en charge thérapeutique est focalisée sur la réduction de l'inflammation. Aujourd'hui, des études cliniques ont montré qu'il faut atteindre la cicatrisation complète de la muqueuse pour prolonger la phase de rémission chez ces patients. Il est donc nécessaire de trouver de nouvelles cibles thérapeutiques moléculaires. Chez les patients atteints de MICI, l'équilibre protéolytique des muqueuses est perturbé. Des études ont montré qu'ils présentaient une hyperactivité élastolytique au sein de biopsies coliques provenant de zones inflammatoires. L'hyperactivité d'une protéase, l'élastase-2, produite et sécrétée par l'épithélium colique a été identifiée comme un facteur inflammatoire chez ces patients. Grâce au développement d'un modèle murin de surexpression de l'ELA2 humaine spécifiquement dans les cellules épithéliales intestinales, il a été montré que la surexpression de l'ELA2 est suffisante pour induire un défaut de barrière épithéliale (désorganisation du mucus, translocation bactérienne et expression accrue de cytokines inflammatoires) semblable à celui observé chez les patients atteints de MICI. La surexpression de l'ELA2 a aussi été observée chez les patients dans des zones quiescentes, ainsi le maintien de cette altération de la fonction barrière par l'hyperactivité de l'ELA2 pourrait participer au défaut de cicatrisation de la muqueuse intestinale observé chez les patients atteints de MICI. L'objectif de mes travaux de thèse a donc été de caractériser les conséquences de l'hyperactivité de cette élastase épithéliale sur la cicatrisation de la muqueuse colique. Afin de mettre en évidence les conséquences de la surexpression de l'ELA2 sur la cicatrisation de la muqueuse colique, une colite a été induite chez la souris transgénique sur-exprimant l'ELA2 humaine spécifiquement dans les cellules épithéliales intestinales. Les mécanismes de réparation ont été étudiés au cours du temps grâce à la mise au point d'une procédure endoscopique et par des analyses macroscopiques, histologiques et moléculaires. Nous avons montré que l'hyperactivité de l'ELA2 conduit à un retard de cicatrisation soutenue par un remodelage de la matrice extracellulaire aberrant et un défaut de maturation des cryptes coliques. Pour caractériser l'effet direct de la surexpression de l'ELA2 sur les cellules épithéliales intestinales, un modèle de culture en 3D de cellules épithéliales primaires murins (organoïdes) a été utilisé. Les résultats montrent que les effets résultant de l'hyperactivité de l'ELA2 sont dépendants du microenvironnement de la crypte. La cicatrisation des muqueuses de patients atteints de maladies inflammatoires chroniques de l'intestin est très peu documentée par un réel manque d'outils moléculaires.