Minéralisation trachéale: mécanismes cellulaires et moléculaires dans le modèle de la souris

The trachea is a very complex structure of the respiratory tract, composed of C-shaped cartilaginous rings, made of hyaline cartilage, and muscular bands, made of smooth muscle cells, conferring rigidity and compliance to the windpipe, respectively. In contrast to other intensely studied cartilages such as the ones found in the developing growth plate and in the adult joints or smooth muscle cells from the vasculature, very little information is available on the development of the tracheal cartilage and smooth muscle tissues and on their innate propensity to mineralize, although calcification of the trachea is a common finding in the elderly population and also a rare manifestation of pathologic conditions. In this context, this PhD work sought to better characterized the poorly studied tracheal cartilage and smooth muscle tissue and understand the molecular mechanisms regulating tracheal mineralization that has been unexplored so far. We tackle these questions in the mouse model. Setting up a novel in-vitro culture of tracheal cells, we demonstrated that tracheal chondrocytes and smooth muscles cells are prone to mineralize when treated with high level of Pi, through different molecular mechanisms. In parallel, we found that in vivo mineralization of the trachea only happens in the cartilaginous rings, as early as 30 days after birth. Histological and molecular evidence suggest that tracheal mineralization occurs through a BMP-dependent rostro-caudal progressionLa trachée est une structure très complexe des voies respiratoires, qui est composée d'anneaux cartilagineux, fait de cartilage hyalin, et de bandes musculaires, formées de cellules musculaires lisses, dont l'architecture confère à la fois rigidité et souplesse au canal trachéen. Contrairement à d'autres cartilages, tels que ceux trouvés dans la plaque de croissance en développement et dans les articulations adultes, ou aux cellules musculaires lisses des vaisseaux, très peu d'informations sont disponibles sur le développement du cartilage et du tissu musculaire trachéal et sur leur capacité à se minéraliser, bien que la calcification de la trachée soit un événement commun dans la population âgée et plus rare dans certaines pathologies. Dans ce contexte, ce travail de thèse a cherché dans le modèle souris à mieux caractériser le cartilage et le tissu musculaire lisse de la trachée et également comprendre les mécanismes moléculaires jusqu'alors inexplorés, régulant la minéralisation de la trachée. Grâce à une nouvelle technique de culture de cellules provenant de la trachée, nous avons démontré que les chondrocytes et les cellules musculaires lisses trachéaux sont tous deux capables de minéraliser lorsqu'ils sont traités avec un haut niveau de Pi, mais via des mécanismes moléculaires différents. En parallèle, une étude in vivo nous a permis de démontrer que la minéralisation de la trachée se produit uniquement dans les anneaux cartilagineux dès 30 jours après la naissance. Des analyses histologiques et moléculaires ont permis d'affiner ces résultats et de proposer un modèle de minéralisation de la trachée via une progression rostro-caudale dépendante de BMP