Les brûlures sévères de plus de 20 % de la surface corporelle sont associées à un stress oxydant, à une réponse inflammatoire et à un hypermétabolisme intenses. La déficience en éléments-trace essentiels comme le zinc et le sélénium est également bien établie. Or, l'importance de ces éléments a été redécouverte avec la démonstration de leurs fonctions clés au niveau des systèmes antioxydants, de l'immunité, de l'inflammation, de la cicatrisation, de l'érythropoïèse... Dans ce contexte, le rôle de la supplémentation nutritionnelle, chez les patients brûlés, est primordial car elle participe à la qualité des soins et améliore leurs rétablissements. Toutefois, ce domaine reste encore trop peu exploré et un consensus dans les apports doit être trouvé. L'objectif de notre travail a été d'étudier, sur un modèle expérimental de rats brûlés subdéficients en zinc, l'impact d'une brûlure sévère sur l'évolution du statut en zinc, le statut antioxydant, le système glucose/insuline et l'expression de gènes impliqués dans l'homéostasie et le transport du Zn (ZnT, Zip, métallothionéine) ainsi que les conséquences d'un apport thérapeutique en zinc sur ces mêmes paramètres. La subdéficience en zinc entraîne, après brûlure, une modification des flux inter-organes de zinc ainsi qu'une accentuation de l'insulino-résistance sans toutefois altérer massivement le statut antioxydant. Si, les apports en zinc permettent de restaurer le statut en Zn et d'accroître l'expression de la métallothionéine, ils ne réussissent pas à augmenter l'activité des enzymes antioxydantes et affectent les transporteurs du zinc de manière aléatoire et inattendue. Par conséquent, conserver un statut en zinc optimal, après brûlure, est primordial. Cependant, la mise en œuvre de la supplémentation en zinc reste complexe et des travaux complémentaires sont nécessaires pour la maîtriser.

Le but de ce travail a été d'étudier l'adaptation β-cellulaire au stress oxydant (SO) dans un modèle animal de diabète de type 2, le rat GK/Par. Dans le premier volet de cette thèse, nous avons évalué le stress oxydant insulaire et l'impact des espèces réactives de l'oxygène (ERO) sur la sécrétion de l'insuline. Les îlots de rats diabétiques GK/Par apparaissent protégés contre le SO, car (i) les marqueurs de SO ciblent essentiellement la périphérie insulaire (aires vasculaires et inflammatoires) ; (ii) l'accumulation d"ERO est plus faible comparativement aux îlots témoins (Wistar) ; (iii) leur sécrétion de l'insuline n'est pas altérée après exposition aux ERO ; et (iv) ces adaptations sont associées à une augmentation des défenses antioxydantes insulaires. Dans un deuxième volet, nous avons vérifié si ces mécanismes adaptatifs pouvaient expliquer la protection des cellules β contre l'apoptose chez le rat GK/Par diabétique. Nous avons montré que le phénotype particulier de l'îlot GK/Par diabétique consiste, ex vivo, en une augmentation des gènes anti-apoptotiques, associée in vitro à une résistance contre l'apoptose induite par les ERO. Nous avons démontré que l'AMPc joue un rôle dans cette résistance à l'apoptose. Compte tenu de l'existence de sources d'ERO proches des cellules endocrines insulaires chez le rat GK/Par, nous avons, dans un dernier volet, étudié le rôle d'une dysfonction endothéliale et du processus inflammatoire associé (phénomène au potentiel pro-oxydant) dans l'adaptation antioxydante des îlots. Le blocage de la voie IL-1 via un traitement in vivo par IL-1Ra a permis, au niveau insulaire, de diminuer l'activation endothéliale, le stress inflammatoire et de normaliser l'expression des gènes antioxydants. Enfin, puisqu'il existe une production d'ERO insulaire précoce chez le rat GK/Par (avant l'installation du diabète), nous suggérons qu'elle soit à l'origine de l'augmentation des défenses antioxydantes/anti-apoptotiques. Cette adaptation est en place après installation du diabète et permet à l'îlot GK/Par de contrer l'environnement diabétogène pro-oxydant (glucolipotoxicité, inflammation). Enfin, nous proposons que la dysfonction β-cellulaire engendrée par un excès d'antioxydants endogènes soit le prix à payer pour protéger la cellule β du rat GK/Par de la mort cellulaire.

L'objectif principal de ce travail était l'étude de systèmes catalytiques stables, actifs et sélectifs pour les réactions de vapo-reformage, oxyvaporeformage et oxydation partielle de l'éthanol en vu de produire de l'hydrogène. avec une concentration réduite de monoxyde de carbone. Deux formulations principales, Ir/CeO2 et Rh/CeO2, ont été sélectionnées pour étudier le mécanisme des réactions de surface de l'éthanol adsorbé par FT-IR et TPD et pour être testées en micro-réacteur structuré. Il a été montré que la cérine joue un rôle déterminant quant à la dispersion de la phase active en évitant son frittage lors de la réaction et quant à l'inhibition du cokage du fait de ses propriétés rédox. Par ailleurs, la dispersion de ce support qui peut décroître lors de tests de longue durée détermine le niveau de conversion de l'éthanol et le vieillissement du catalyseur. Les principales étapes élémentaires du mécanisme réactionnel ont été identifiées, liées à la formation de produits intermédiaires dans les régimes transitoires et/ou lorsque la conversion de l'éthanol reste partielle (à basse température, faibles temps de contact). Pour les trois réactions étudiées, les excellentes performances obtenues en réacteur microstructuré proviennent essentiellement d'une meilleure gestion des effets thermiques, ce qui ouvre de réelles perspectives d'application industrielle

Les associations mutualistes, en permettant l'acquisition de nouvelles fonctions, ont joué un rôle majeur dans l'évolution des espèces. Pour comprendre en quoi ces associations sont impliquées dans l'adaptation des espèces nous avons étudié un cas unique de mutualisme associant un virus de type polydnavirus et une guêpe parasitoïde. Dans cette association, le virus est injecté dans l'hôte lépidoptère lors de l'oviposition et joue un rôle majeur dans le succès parasitaire en induisant une altération des fonctions physiologiques de l'hôte. En regard du nombre d'espèces de guêpes caractérisées par cette association, le virus doit constituer une innovation adaptative majeure et jouer un rôle déterminant dans l'évolution et la diversification des espèces de guêpes. En quoi cette association joue t-elle un rôle déterminant dans l'évolution et l'adaptation des guêpes ? Quelles sont les fonctions physiologiques ciblées chez l'hôte ? Pour répondre à ces questions nous avons étudié l'évolution de deux familles de gènes codant pour des facteurs de virulence potentiels et nous avons exploré les fonctions physiologiques d'une protéine potentiellement ciblée lors du parasitisme. Nous avons mis en évidence le rôle important de la sélection naturelle dans l'évolution des familles de gènes viraux. Par modélisation de la structure tridimensionnelle d'un facteur de virulence codant pour des cystatines, nous avons montré que cette sélection agissait préférentiellement au niveau des sites d'interaction avec les protéines cibles. De plus, cette étude souligne le caractère dynamique de l'évolution des facteurs de virulence incluant de multiples évènements de duplication, caractérisés par des processus de perte et d'acquisition au cours de l'évolution de l'association. Le caractère adaptatif et dynamique de l'évolution des gènes viraux a aussi été étudié en regard de l'évolution des espèces de guêpes et de leur spectre d'hôte. Par une approche fonctionnelle, nous avons étudié le rôle physiologique de protéases à cystéine qui constituent des cibles potentielles des cystatines virales. Nous avons montré que ces protéases sont régulées spécifiquement au cours du parasitisme au niveau protéique et transcriptionnel. Nous avons également montré que l'activité de ces protéases est modifiée après parasitisme. L'évolution adaptative et dynamique des facteurs de virulence reflètent leur rôle important dans le parasitisme. Il reste maintenant à montrer comment ces facteurs interagissent sur la physiologie de l'hôte lépidoptère. Des protéases à cystéine sont spécifiquement ciblées par le parasitisme, en étudiant les mécanismes d'interaction de ces protéases avec les cystatines virales et les processus coévolutifs mis en jeu, nous

Les neurones noradrénergiques (NA) du locus coeruleus (LC) et sérotoninergiques (5-HT) du noyau du raphé dorsal (NRD) sont fortement impliqués dans la régulation des états d'éveil et de sommeils. Ces neurones ont, au cours de l'éveil, une activité spontanée tonique régulière qui diminue progressivement au cours du sommeil lent (SL) et cesse au cours du sommeil paradoxal (SP) (neurones "SP-OFF"). La diminution puis l'arrêt d'activité des neurones NA et 5-HT seraient une condition nécessaire à l'endormissement et à la survenue du SP. Les mécanismes à l'origine de cette modulation d'activité des neurones NA et 5-HT au cours du cycle veille-sommeil demeurent toutefois inexpliqués.<br /><br />Sur la base de données anatomiques et électrophysiologiques, il a été suggéré que la diminution puis la cessation d'activité des neurones NA du LC et 5-HT du NRD au cours du SL et du SP seraient dues (1) à une dé-activation consécutive à l'arrêt d'entrées synaptiques excitatrices, (2) à des mécanismes d'auto-inhibition, (3) à une action inhibitrice de l'adénosine, (4) à la mise en jeu d'afférences GABAergiques et/ou glycinergiques. <br />Afin de tester ces différentes hypothèses nous avons développé une approche électrophysio-logique et micropharmacologique sur un nouveau modèle expérimental de rat non anesthésié en contention stéréotaxique. Cette technique, non stressante, nous a permis de réaliser l'enregistrement extracellulaire unitaire des neurones NA et 5-HT au cours du cycle veille-sommeil, couplé à la micro-iontophorèse d'agonistes et d'antagonistes des différents neurotransmetteurs.<br /><br />Les résultats obtenus soutiennent l'hypothèse selon laquelle l'activité tonique des neurones NA du LC au cours de l'éveil serait sous la dépendance de leurs propriétés intrinsèques. L'activité des neurones 5-HT du NRD, en revanche, dépendrait au moins en partie de l'influence excitatrice des neurones NA. <br />Nous avons déterminé également que le GABA et la glycine exercent une influence inhibitrice tonique sur les neurones NA et 5-HT tout au long du cycle veille-sommeil. Nos résultats suggèrent en outre que le tonus inhibiteur glycinergique serait constant alors que le tonus GABAergique augmenterait progressivement au cours du SL et serait maximum au cours du SP. Le GABA serait ainsi le neurotransmetteur responsable de l'inactivation des neurones NA du LC et 5-HT du NRD nécessaire à l'endormissement et à la survenue au SP.<br /><br />Ces données soutiennent l'hypothèse selon laquelle deux populations de neurones GABAergiques seraient impliquées dans l'inactivation des neurones NA et 5-HT au cours du sommeil. L'une, localisée dans l'aire préoptique latérale et ventrolatérale serait mise en jeu au cours du SL, la seconde, localisée dans la substance grise péri-aqueducale, serait mise en jeu au cours du SP.

La recherche d'agents neuroprotecteurs dans le cadre d'un accident ou d'une maladie neurologique est une priorité des Neurosciences. Dans l'équipe, nous avons choisi d'étudier les effets neurobiologiques de l'érythropoïétine (Epo), « molécule phare » dans le domaine de la neuroprotection depuis une dizaine d'années. En analysant l'expression cérébrale de l'Epo et celle des constituants potentiels de son site de liaison (récepteur EpoR et chaîne β commune « βc ») au cours du développement postnatal et du vieillissement chez le rat, nous avons invalidé l'hypothèse selon laquelle la βc fait partie du récepteur de l'Epo. De plus, nous avons observé que divers stimuli environnementaux, tels que l'exposition hypoxique et l'enrichissement du milieu de vie, augmentent l'expression de l'EpoR dans des régions vulnérables du cerveau. Dans un modèle de status epilepticus chez le rat, cette augmentation est indispensable à l'amélioration des effets neuroprotecteurs de l'Epo, sans que la réponse inflammatoire précoce ne soit altérée.

L'agression pulmonaire aiguë et le SDRA sont caractérisés par une augmentation de la perméabilité de la barrière alvéolo-capillaire à l'origine de l'exsudation d'un liquide d'oedème riche en protéines conduisant à une altération sévère des échanges gazeux. En dépit des progrès réalisés ces dernières années dans la prise en charge des patients, la mortalité demeure élevée (30-40%). L'agression pulmonaire aiguë est marquée par un état procoagulant et antifibrinolyique à l'origine de dépôts de fibrine et de membranes hyalines dans le poumon distal. La protéine C activée est un important régulateur de la coagulation et exerce des propriétés anti-inflammatoires pulmonaires. Ainsi, dans un premier temps, notre travail a consisté à caractériser l'équilibre pulmonaire au cours de l'administration de protéine C activée in vivo sur un modèle murin de pneumopathie aiguë à P. aeruginosa (Pa). Nos résultats ont montré que l'administration de PCa à la phase précoce de l'agression pulmonaire aiguë induite par Pa tendait à augmenter la formation de l'oedème pulmonaire avec une perte de la compartimentalisation de la réponse inflammatoire. Dans un deuxième temps, nous avons évalué l'équilibre hydrique pulmonaire dépendant du tonus β-adrénergique endogène au cours de la pneumonie aiguë à E. coli. L'inhibition du tonus β-adrénergique endogène induisait une augmentation de l'oedème pulmonaire en diminuant la résorption de l'oedème alvéolaire et en majorant le trouble de perméabilité vasculaire pulmonaire. Enfin, la stimulation β2-adrénergique exogène diminuait l'oedème pulmonaire au décours de la pneumonie à Pa. Ainsi, des approches pharmacologiques différentes peuvent moduler l'équilibre hydrique pulmonaire au cours des pneumonies aiguës. Les connaissances fondamentales acquises au cours de ce travail de thèse seront directement valorisables par la mise au point de nouvelles stratégies thérapeutiques au cours de l'agression pulmonaire aiguë secondaire à la pneumopathie aiguë

Les vaisseaux sanguins sont composés de cellules enchâssées dans la matrice extracellulaire (MEC). Certaines interactions entre les cellules et les composés de la MEC sont impliquées dans plusieurs changements pathologiques et physiologiques au niveau de la paroi artérielle. L'hypertension systolo-diastolique provoque deux formes de remodelage vasculaire : hypertrophique dans les artères de conductance et eutrophique dans les artères de résistance. Les mécanismes régissant le remodelage eutrophique ne sont pas encore bien éclaircis. Afin de les étudier, nous avons utilisé un modèle d'hypertension systolodiastolique induite par l'inhibition de la synthèse de monoxyde d'azote. Nous avons démontré que la contribution des protéines de désadhésion semblait différer d'un type de remodelage à l'autre et que les métalloprotéinases matricielles (MMPs) ne jouaient pas un rôle crucial dans le développement du remodelage eutrophique, contrairement au remodelage hypertrophique. Au cours du vieillissement, on observe des modifications de la paroi vasculaire des artères de conductance, augmentant leur rigidité : une fragmentation des fibres élastiques, leur calcification (élastocalcinose), une augmentation des liens covalents entre les protéines de la MEC et une fibrose. Cette rigidité conduit au développement de l'hypertension systolique isolée. Afin d'évaluer l'implication des MMPs dans la fragmentation de l'élastine et leur rôle dans le développement de l'élastocalcinose, nous avons utilisé un modèle animal d'élastocalcinose basé sur l'inhibition de la maturation de la matrix Gla protein (MGP), une protéine anti-calcifiante, par la warfarine. Nous avons observé une augmentation rapide et transitoire de l'activité de la MMP-9, suivie de l'activation du transforming growth factor-ß (TGF-ß). L'inhibition de l'activité des métalloprotéinases et de TGF-ß a permis de prévenir l'élastocalcinose. Par ailleurs, l'élastocalcinose est accélérée par le diabète. Cette accélération est reliée à la durée et à la sévérité du diabète. Or, ce dernier est associé à une augmentation de la synthèse des produits avancés de glycation (AGEs) pouvant former des liens covalents iv entre les protéines de la MEC. Ne disposant pas de modèle animal pour étudier l'implication des AGEs dans l'élastocalcinose associée au diabète, nous en avons créé un. Dans ce modèle, le diabète est induit par une diète riche en lipides et une injection de streptozotocine (30 mg/kg/jr). L'élastocalcinose est provoquée par l'inhibition de la maturation de la MGP. Nous avons observé une accélération de l'élastocalcinose, liée à la durée du diabète, et une accumulation de AGEs dans la paroi des artères fémorales. L'utilisation de pyridoxamine, un inhibiteur de la formation des AGEs, et de l'ALT711, un briseur des liaisons covalentes formées par les AGEs, a permis de prévenir et de limiter, respectivement, la calcification dans ce modèle. En outre, nous avons montré que la stimulation du récepteur des AGEs (RAGE), pouvait être impliquée dans l'élastocalcinose et élucidé certains éléments de signalisation dans ce processus. Ces travaux ont fait émerger le rôle des MMPs, de TGF-ß et des produits avancés de glycation dans le remodelage hypertrophique et l'élastocalcinose associée ou non au diabète. Ceux-ci sont reliés à l'apparition de l'hypertension systolo-diastolique et systolique isolée, respectivement. L'inhibition de ces acteurs pourrait constituer de nouvelles thérapies anti-hypertensives.

L'innervation parasympathique du cœur est responsable de la régulation à court terme de la pression artérielle (PA), par le biais du contrôle battement par battement de la fréquence cardiaque. Une diminution de l'activité vagale est considérée comme indice de mauvais pronostic. La projection vagale du noyau ambigu sur le cœur constitue un chemin commun pour le baroréflexe cardiaque et le chemoreflexe de von Bezold Jarisch (BJ). Des mises au point récentes des techniques d'enregistrement extracellulaire des motoneurones cardiaques vagaux (CVM) chez le rat ont rendu un peu plus aisé l'exploration de ces deux réflexes. Ceci permet une meilleure compréhension des mécanismes et de sites d'action. 1) Un agoniste α-2 adrénergique, la clonidine, hypotenseur central, agit sur la régulation à court-terme de la PA. Le présent travail a montré une augmentation de l'activité unitaire des CVMs, et de la pente du baroréflexe cardiaque au niveau central (relation PA-CVM) quand la clonidine est administrée systémiquement, en dose croissante (10-100µg/kg i.v.). Une analyse approfondie de l'activité des neurones a révélé un nouveau mécanisme d'action de la clonidine via des décharges rapides (« doublet »). 2) Une peptide natriuretique de type B (BNP), utilisée dans le traitement de l'insuffisance cardiaque, a augmenté significativement la bradycardie et l'activité des CVMs lors de l'activation du réflexe BJ. La bradycardie, proportionnelle à l'activation vagale, fait conclure par logique soustractive que le site d'action du BNP est sur le bras afférent du réflexe. Une activation parasympathique centrale représenterait une solution dans le traitement des problèmes cardiovasculaires.

Les modèles physiologiques toxicocinétiques (PBPK pour Physiologically-Based PharmacoKinetic) permettent de décrire la biodistribution d'une substance (c'est-à-dire, son administration, distribution, métabolisme, et excrétion) au sein d'un organisme. Cependant, l'ajustement d'un modèle PBPK à des données expérimentales peut se révéler difficile en raison de la complexité du modèle, du nombre important de paramètres à estimer, et de la nature des données toxicocinétiques (généralement peu nombreuses, éparses et entachées d'erreur de mesure). Pour pallier à ces difficultés, nous proposons de développer deux protocoles expérimentaux facilitant la paramétrisation des modèles PBPK, par l'apport d'informations complémentaires sur les paramètres des modèles : la collecte de données sur la distribution spatio-temporelle d'une substance dans l'organisme par des techniques d'imagerie, et l'utilisation de traceurs non-toxiques lors d'études toxicocinétiques. <br />Pour notre premier protocole, nous avons appliqué l'analyse d'image au développement d'un modèle PBPK décrivant la biodistribution d'un agent de contraste, Vistarem®. Grâce à la modélisation des données recueillies par imagerie par résonance magnétique, nous avons pu caractériser la vascularisation du corps entier et celle d'une tumeur greffée, ainsi qu'évaluer statistiquement les effets d'un traitement antiangiogénique. <br />Ensuite, nous avons introduit l'utilisation de traceurs explorateurs lors d'études toxicocinétiques. Nous avons développé des protocoles d'exposition à une substance toxique et à un traceur non-toxique pour les humains. Sur la base d'expositions simulées, nous avons montré qu'en administrant aux sujets deux substances, il est possible de réduire la dose d'exposition du toxique (par 4 dans notre exemple d'application) tout en maintenant la précision sur l'estimation des paramètres d'intérêt. L'inconvénient majeur de ce protocole d'exposition est la lourdeur des calculs induits (la calibration de deux modèles PBPK est nécessaire). Afin de réduire la complexité des calculs engendrés, nous avons proposé d'appliquer des techniques d'agrégation de systèmes d'équations différentielles. L'essentiel de ces techniques est de réduire un système tout en conservant sa dynamique. Sur des exemples simples, nous avons montré leur potentiel en toxico/pharmacocinétique. <br />Chacun des deux protocoles développés dans ce travail inclut, en plus de la substance d'intérêt, l'utilisation d'une substance "annexe". Notre travail montre que l'utilisation de cette substance annexe permet de renforcer la connaissance sur l'anatomie et la physiologie du sujet considéré. Ceci conduit donc à une meilleure détermination de l'action de la substance d'intérêt. Une suite logique de notre travail serait de coupler ces deux protocoles, c'est-à-dire de développer des protocoles d'exposition à une substance toxique et à une substance visualisable par une technique d'imagerie quantitative.