Durant l’hypoxie, l’érythropoïétine (Epo) agit sur le système nerveux central (SNC) pour réduire la dépression respiratoire. Mais nous ignorons si la présence de l’Epo endogène dans le SNC agit comme un stimulant respiratoire sexe-spécifique chez le nouveau-né et l’adulte, en hypoxie et en hypercapnie. Des souris âgées de 9 jours et de 3 mois reçoivent une injection intracisternale de l’antagoniste de l’Epo (sEpoR) ou d’un contrôle. 24h après, nous enregistrons les paramètres métaboliques et ventilatoires par pléthysmographie avec une période en normoxie, hypercapnie et différents cycles d’hypoxie. D’après nos résultats, sEpoR produit une dépression respiratoire en normoxie et en hypoxie, en raison d’une diminution de la fréquence respiratoire chez la femelle et du volume courant chez le mâle adulte et nouveau-né. De plus, une différence sexe-spécifique est remarquée en hypoxie seulement chez l’adulte. Cependant, ces résultats ne sont pas retrouvés en hypercapnie. L’Epo endogène est donc un important stimulant respiratoire en hypoxie. / The erythropoietin (Epo) acts on the central nervous system (CNS) to reduce respiratory depression. However, we do not know whether the presence of endogenous Epo in the CNS acts as a respiratory stimulant sex-specific in newbons and adults, in hypoxia and in hypercapnia. Old mice 9 days and 3 months receive intracisternal injection of the antagonist Epo (sEpoR) or a control. 24 hours after we record the metabolic and ventilatory parameters by plethysmography with a period in normoxie, different cycles of hypoxia and in hypercapnia. According to our results, sEpoR produce a respiratory depression in normoxie and in hypoxia, due to a decrease in the respiratory frequency in the female and tidal volume in the male all both ages. In normoxia, sex-specific difference is noticed in two ages, but in hypoxia, only adults. However, this effect is not present in hypercapnia. Endogenous Epo is an important respiratory stimulant in hypoxia.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Patients with epilepsy often suffer debilitating cognitive and psycho-affective disorders.In some cases, epilepsy is associated to neurodegenerative processes that are the targetof certain therapeutical agents. Today, erythropoietin is considered as one of the most promising neuroprotective agents. In addition, an increased body of studies provides evidence that enrichment (or complexity) of housing decreases the cerebral vulnerabilityin the context of diverse brain insults. In this thesis, we demonstrate: 1) in a model ofepilepsy with large neuronal lesions, that erythropoietin protects the most vulnerable neuronal populations to excitotoxic injury, at the only condition that neuronal expression of its receptor is optimized prior to the primary insult causing epilepsy; 2) in a model of epilepsy associated with faint neuronal lesions that: i) erythropoietin prevents anxietyand impaired spatial learning and memory, ii) enriched housing in Marlau™ cages is moreefficient than erythropoietin, and iii) erythropoietin treatment abolishes beneficial effectsof enriched housing. These results, obtained in animal models of epilepsies associatedwith cognitive disorders establish that beneficial effects of a potential therapeutic agentmay rely on quality of life

Notre travail de thèse est le premier à mettre en évidence chez le rat ayant subit un état de mal cérébral (EMC), que la production locale et réactionnelle d'érythropoïétine (Epo) par les astrocytes, quand elle est accompagnée de l'administration exogène d'Epo, représente une condition optimale pour le maintien des populations neuronales les plus fragiles. La neuroprotection induite par l'Epo implique un récepteur spécifique qui serait composé par l'association entre le récepteur à l'Epo (Epo-R) et la chaîne bêta commune (βc). L'absence de régulation coordonnée entre l'Epo-R et la βc que nous dénonçons, aussi bien dans des conditions physiologiques (développement et vieillissement du SNC) que physiopathologiques (EMC), est un argument fort permettant de réfuter l'hypothèse selon laquelle la βc constituerait une des sous-unités du récepteur de l'Epo impliqué dans la neuroprotection.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’érythropoïétine (EPO) est une cytokine ayant un rôle important dans l’homéostasie de l’oxygène (O2). Lors d’une hypoxie chronique, l’EPO stimule la maturation des progéniteurs érythroïdes en globules rouges augmentant ainsi le transport de l’O2 aux tissus. Outre cet effet érythropoïétique, l’EPO module la réponse ventilatoire à l’hypoxie (RVH) par une action directe sur la commande centrale respiratoire (CCR) et les chémorécepteurs périphériques. Cet effet a été principalement caractérisé chez des souris mutantes surexprimant l’EPO. Cependant, plusieurs aspects de l’effet de l’EPO sur l’activité du réseau respiratoire demeurent inconnus. Nous avons utilisé des approches électrophysiologiques, pharmacologiques et pléthysmographiques pour caractériser 1) les effets aigus d’EPO exogène sur la chémosensibilité à l’O2 chez la souris au cours du développement post-natal, période où la CCR et les chémorécepteurs périphériques sont en pleine maturation, 2) les effets de traitements aigu et chronique d’EPO et de son dérivé non érythropoïétique, l’EPO carbamylée (C-EPO), sur la réponse ventilatoire induite par des variations des niveaux d’O2 inspirés chez la souris adulte. 3) les effets de l’EPO sur la sensibilité chimique au CO2, le CO2 étant un puissant stimulus de la CCR, chez des souris adultes qui surexpriment l’EPO au niveau central et/ou plasmatique. Nos résultats montrent qu’une application aigüe d’EPO diminue la dépression centrale hypoxique mesurée in vitro chez le nouveau-né. En revanche, elle n’affecte pas la RVH mesurée in vivo au cours du développement postnatal mais diminue la fréquence des apnées survenant en hypoxie sévère à 6% d’O2. Aussi, chez la souris adulte, l’administration chronique d’EPO et de C-EPO augmente la sensibilité des chémorécepteurs périphériques à l’O2 et maintient la ventilation durant la phase tardive de la RVH. Enfin, l’EPO diminue la sensibilité ventilatoire à l’hypercapnie grâce à des effets périphériques et centraux. L’ensemble de nos résultats montrent que l’EPO module la respiration et contribue à l’homéostasie de l’O2 et du CO2 grâce à ses effets plasmatiques et centraux. Elle représente un candidat à fort potentiel thérapeutique pour les pathologies respiratoires où la sensibilité chimique à l’O2 et au CO2 sont altérés telles que l’apnée du nouveau-né ou le mal chronique des montagnes. / Erythropoietin (EPO) is a cytokine that plays a major role in O2 homeostasis. Upon chronic hypoxia, EPO stimulates the maturation of erythroid progenitors into red blood cells, contributing to increased O2 carrying to tissues. Besides this well-known erythropoietic effect, EPO also modulates the respiratory response to hypoxia by interacting with the central respiratory network in the brainstem and the peripheral chemoreceptors. This effect was mainly characterized in adult mutant mice that overexpress EPO. Several aspects regarding EPO’s effect on breathing regulation remain unknown. By using electrophysiological, pharmacological and plethysmographic approaches, we characterized 1) the acute effect of exogenous EPO on the respiratory network during the postnatal period, in which this system undergoes profound changes, 2) the effects of acute and chronic exogenous EPO administration and its non erythropoietic derivative carbamylated EPO (C-EPO) on ventilatory response to varying O2 levels in adult wild type mice (WT), 3) the EPO’s effect on the CO2 sensitivity at central and/or peripheral levels in adult mutant mice which overexpress EPO, the CO2 being a strong stimulus of the central respiratory network. Our results show that acute EPO treatment increases the O2 sensitivity of the central respiratory network in newborn mice in vitro. However, EPO does not impact the hypoxic ventilatory response to hypoxia in vivo, but decreases the apneic events during severe hypoxia in mice at postnatal day 7. In WT adults, chronic but not acute EPO and C-EPO treatment increases the O2 sensitivity by stimulating both the peripheral chemoreceptor and the central respiratory network. Finally, both cerebral and plasmatic EPO blunt the ventilatory response to increased CO2 levels in adult mice. Taken together, these results imply that EPO, by acting on the ventilatory system, plays a key role in the modulation of the chemical sensitivity to O2 and CO2. Thus, EPO may have a potential clinical interest in the treatment of some chronic respiratory diseases where O2 and CO2 homeostasis are altered, such as neonatal apnea or chronic mountain sickness.

L’érythropoïétine (Epo) est une cytokine exprimée dans le système nerveux central (CNS). A l’âge adulte, elle agit comme modulateur respiratoire dans le tronc cérébral en augmentant la réponse ventilatoire à l’hypoxie (RVH) chez l’homme et la souris. Les troubles respiratoires chez les nouveau-nés étant répandus, trouver un traitement adapté est d’un intérêt primordial. J’ai émis l’hypothèse qu’une stimulation chronique à l’Epo du CNS des nouveau-nés aiderait le développement de la commande centrale respiratoire et sa réponse à l’hypoxie. Afin de tester cette hypothèse, j’ai enregistré la respiration de souris transgéniques surexprimant l’Epo spécifiquement dans le CNS (Tg21). La RVH, qui se met normalement en place au cours du développement post-natal, apparaît légèrement plus tôt chez les souris Tg21, mais n’est pas accentuée avant le sevrage, comme elle l’est à l’âge adulte. Nous avons quantifié l’expression d’Epo et de son récepteur (EpoR) dans le tronc cérébral des souris Tg21. L’expression d’EpoR diminue au cours du développement post-natal, mais la surexpression d’Epo augmente. Ceci pourrait expliquer cette apparition tardive de l’augmentation de la RVH. J’ai par la suite étudié les mécanismes impliqués. J’ai montré par enregistrements électrophysiologiques que la dépression du rythme due à l’hypoxie n’est pas présente dans les troncs cérébraux provenant de souris Tg21. In vitro, le tronc cérébral Tg21 est capable de maintenir le rythme respiratoire en hypoxie. De plus, le patron de décharge des troncs cérébraux Tg21 le jour de la naissance ressemble à celui à trois jours de vie, ce qui laisse penser à une maturation accélérée de la commande centrale respiratoire. Cette dernière observation reste cependant à confirmer. Dans ses autres rôles (e.g. érythropoïétique et neuroprotecteur), l’Epo met en jeu différentes voies de signalisation, dont les voies de signalisation MEK-ERK et PI3K-Akt. J’ai émis l’hypothèse que ces voies de signalisation étaient également mises en jeu dans l’effet que l’Epo a sur la commande centrale respiratoire, et grâce à l’utilisation d’inihibiteurs, mis en évidence que l’une ou l’autre de ces voies de signalisation n’est pas suffisante pour expliquer l’effet bénéfique de l’Epo sur le rythme respiratoire, ce qui laisse penser à un mécanisme compensatoire. / Erythropoietin (Epo) is a cytokin expressed in the central nervous system (CNS). At adulthood, Epo acts as a respiratory modulator which enhances hypoxia ventilatory response (HVR) in both human and mouse. Respiratory disorders in newborns are common, as such finding an adapted treatment is of first interest. I hypothesized that chronic Epo stimulation on the CNS of newborns is helpfull to the central respiratory command to develop and respond to hypoxia. To test this hypothesis, I recorded breathing of transgenic mice overexpressing Epo in the CNS only (Tg21). HVR, which normally sets up during post-natal development, appears earlier in Tg21 mice, but is not higher as observed at adulthood in Tg21 mice. We quantified Epo and EpoR expression in Tg21 brainstems. EpoR expression decreases during post-natal development, while Epo overexpression is enhanced. These results could explain the late apparition of HVR enhancement. Then, I studied the underlying mecanisms. By electrophysiological recordings, I showed that usual rhythm depression due to hypoxia is not present in Tg21 brainstems-spinal cord preparations. In vitro, Tg21 brainstem is able to maintain the respiratory rhythm during hypoxia. Moreover, burst pattern from Tg21 mice on the first day of post-natal life looks like the burst pattern at three living days, which suggests an earlier maturation of the central respiratory system. However, this observation needs to be confirmed. In other roles (e.g. erythropoietic and neuroprotector) Epo recruits different pathways, mostly MEK-ERK and PI3K-Akt pathways. I hypothesized that these pathways are also involved in Epo effect on the central respiratory command. Thank to specific inhibitors, I highlighted that one of these pathways is not sufficient to support Epo role on newborn breathing, suggestiong a compensatory mechanism.

OBJECTIF: L'administration d'érythropoïétine recombinante humaine (EPO) en insuffisance rénale chronique (IRC) corrige l'anémie, mais augmente la pression artérielle (PA). Par contre, l'EPO n'a pas d'effet sur la PA en conditions normales. L'effet presseur de l'EPO en IRC est associé à une augmentation de la production d'endothéline-1 (ET-1) et à une baisse de l'expression du récepteur ETB. L'activation ETB par l'ET-1 conduit à une vasodilatation in vivo. Cette étude vise à évaluer l'effet de l'EPO sur la réponse vasodilatatrice médiée par le récepteur ETB chez les rats normaux et urémiques. MÉTHODES: Les rats Wistar sont divisés en deux groupes et reçoivent, pendant trois semaines, par voie s.c, soit le véhicule (saline 0,9%) ou soit l'EPO (100 U/kg). La réponse hémodynamique de la pression artérielle in vivo à l'ET-1 est mesurée par l'artère carotidienne. L'ET-l, l'IRL-1620, un agoniste sélectif des récepteurs ETB. et les antagonistes ETA, le BQ-123, et ETB, le A192621, sont administrés par la veine jugulaire. RÉSULTATS: Les animaux normaux et urémiques qui reçoivent l'EPO ont un hématocrite plus élevé, mais ce traitement augmente seulement la PA des animaux urémiques. L'injection d'ET-1 induit une forte réponse hypotensive transitoire, suivie d'une réponse hypertensive prolongée. Cette réponse hypotensive est augmentée chez les animaux urémiques traités à l'EPO, un phénomène qui n'est pas observé chez les animaux normaux recevant l'rhEPO. L'IRL-1620 produit un effet vasodilatateur similaire à l'ET-1 sans causer d'hypertension. Cet effet vasodilatateur induit par l'IRL-1620 est augmenté chez les animaux normaux et urémiques traités à l'EPO comparativement aux animaux recevant le véhicule. Cependant, nous avons démontré par analyse de type Western que le taux d'enzyme eNOS est diminuée chez les animaux urémiques traités à l'EPO. CONCLUSION : Nos résultats indiquent que l'EPO module de façon différente la réponse vasodilatatrice médiée par le récepteur ETB chez les rats normaux et urémiques. Les changements de la réponse vasodilatatrice médiée par le récepteur ETB pourraient expliquer l'effet hypertenseur provoqué par l'EPO en IRC.

Le rôle de l'inflammation dans le développement et la progression des maladies rénales chroniques (MRC) chez le chat a été peu étudié. L'hepcidine est une protéine de la phase aigue (PPA) de l'inflammation qui contribue au développement des anémies lors de MRC chez l'homme. Les objectifs de cette étude sont de comparer les concentrations en PPAs, en erythropoietine (EPO) ainsi que le statut en fer entre un groupe de chats sains et en MRC. 18 chats sains et 38 chats en MRC ont été recrutés de façon prospective. Les examens réalisés incluaient hématologie, biochimie, analyse d'urine, Serum amyloid A (SAA), haptoglobine (HAP), EPO, hepcidine,fer, TIBC et ferritinne. Nous avons observé une augmentation significative des concentrations en SAA et en hepcidine ainsi qu'une diminution significative du fer et du TIBC dans le groupe MRC (P < .05). Une corrélation positive entre la créatinine et certaines PPAs (SAA and hepcidin; P < .05) était présente. L'augmentation de SAA et hepcidine était significativement associé avec une diminution du TIBC et de l'hématocrite dans le groupe MRC. Les 14 (37%) chats anémiques du groupe MRC avaient une concentration significativement plus basse en fer et en TIBC (P < .05), changements compatibles avec une déficience fonctionelle en fer. Aucun chat n'avait un panel de fer compatible avec une carence en fer absolue. En conclusion, les résultats de cette étude suggèrent que les MRC chez le chat sont des conditions pro-inflammatoires, ayant un impact sur le métabolisme du fer. / The role of inflammation in the development and progression of feline chronic kidney disease (CKD) is not well characterized. Hepcidin, a recently discovered acute phase protein (APP) contributes to the development of anemia in human patients with CKD. The objectives of our study was to compare plasma APP including hepcidin, iron status, and erythropoietin (EPO) concentrations between healthy and cats with naturally occurring CKD. Eighteen healthy control cats and 38 cats with CKD were prospectively recruited. Complete physical examination along with hematology, biochemistry, plasma amyloid A (SAA), haptoglobine (HAP), EPO, iron, TIBC and ferritin were performed using routine laboratory analyses and commercially available feline ELISA-assays. Hepcidin-25 concentration was assessed with a human ELISA kit (DRG® Diagnostics). We found that mean SAA and hepcidin concentration were significantly higher and mean total iron and TIBC were significantly lower in the CKD group (P < .05). There was a significant positive correlation between creatinine and APPs (SAA and hepcidin; P < .05). Increase in SAA and hepcidin was also significantly associated with decrease of TIBC and PCV in the CKD group. The 14 (37%) anaemic cats with CKD had significantly and lower iron, TIBC, consistent with functional iron deficiency (P < .05). There were no patients with an iron profile suggestive of a true iron deficiency. There was no association with survival. In conclusion, our data suggest that feline CKD is a pro-inflammatory state, having significant impact on iron metabolism. With further validation, hepcidin may help better characterize these interactions.