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.

Compte tenu de la faible disponibilité de l’oxygène (hypoxie) en haute altitude, l’adaptation à ce milieu constitue un vrai défi pour les espèces adaptées au niveau de la mer. Aussi, le rat et la souris constituent un modèle pertinent pour la compréhension des facteurs qui contribuent à une bonne adaptation en haute altitude. En effet, les rats et les souris de laboratoire élevées à haute altitude durant plusieurs générations possèdent un phénotype différent: les souris présentent une plus importante ventilation, des valeurs d’hématocrite/ hémoglobine diminuées et une hypertension pulmonaire réduite. Ces différences indiquent une mauvaise adaptation des rats qui montrent également une importante mortalité en haute altitude. Néanmoins, les mécanismes impliqués dans cette différence entre ces deux espèces ne sont pas connus. Nous avons donc recherché dans un premier temps si les différences observées entre rats et souris sont également présentent au niveau de la mer, puis dans un second temps si cela avait un lien avec l'expression du senseur moléculaire d'oxygène HIF (Hypoxia Inducible Factor). Nous avons mené une étude au niveau de la mer (Québec, Canada - 98m) pour comparer les réponses ventilatoire et moléculaire entre les rats et les souris. Pour se faire, les animaux sont exposés pendant 6 heures à différents gradients d’oxygène : 21%, 15%, et 12% O2. La ventilation est mesurée par pléthysmographie à corps entier. La consommation d’oxygène (VO2) et la production de CO2 (VCO2) sont évaluées durant la même période d’exposition. Après 6 heures d’exposition, les animaux sont anesthésiés et le tronc cérébral rapidement prélevé pour effectuer une mesure de l’expression de HIF-1α à l’aide de la technique ELISA (Enzyme LinkImmunosorbent Assay). Comparé aux rats, les souris présentent une élévation du débit ventilatoire, une diminution de la VO2 et de la VCO2 et une augmentation de l’équivalant ventilatoire à l’O2 (Ve/VO2) et au CO2 (Ve/VCO2) durant l’exposition à 15 et 12% d’O2. De plus, l’expression de HIF-1α au niveau du tronc cérébral est plus élevée chez les souris en comparaison à celui des rats. En conclusion, la différence de la réponse ventilatoire à l’hypoxie peut être liée à la différence d’expression de HIF-1α au niveau du tronc cérébral. Ces resultantssuggèrent que les souris possèdent une prédisposition génétique permettant une réponse adaptée en milieu hypoxique et pouvant aisément expliquer la facilité que possède cette espèce à survivre et à établir sa colonie en haute altitude. Mot clés : Hypoxie, haute altitude, réponse ventilatoire à l’hypoxie, tronc cérébral, HIF. / Successful adaptation at high altitude is very challenging for sea level natives due to the low level of available oxygen (hypoxia). Rats and mice offer an interesting model to understand the factors that contribute to efficient adaptation to high altitude. Indeed, laboratory rats and mice that have been raised at high altitude for several generations have a different phenotype with mice showing higher ventilation, lower hematocrit/hemoglobin values, and lower pulmonary hypertension. These differences are clearly a failure of adaptation to high altitude in rats, as underlined by data showing high mortality in the colony of high altitude rats. However the underlying mechanisms behind these differences are poorly understood. We sought to address whether these differences are also apparent in mice and rats living at Sea level, and if they are related to different responses of the O2 molecular sensor HIF (Hypoxia Inducible Factor). To test these hypotheses, we chose to perform the study at sea level i.e. at Quebec City, Canada (98m) to compare the ventilatory and molecular responses in male rats and mice. The animals were exposed to different oxygen gradients 21%O2, 15 % O2 and 12% O2 for 6 hours. Ventilation was measured by whole bodyplethysmography, oxygen consumption (VO2) and CO2 production rate (VCO2) were also measured during the exposure. After the 6 hour’s exposure, the animals were anesthetised, and the brainstem quickly dissected, Brainstem HIF-1α expression was measured by Enzyme Link Immunosorbent Assay (ELISA). Compared to rats, mice had higher minute ventilation, lower VO2, VCO2, and higher ventilatory equivalent to oxygen and carbon dioxide, (Ve/VO2, Ve/VCO2) at 15% and 12% O2. In addition, mice also had higher brainstem HIF-1α expression compared to rats. We conclude that the differences in ventilatory responses to hypoxia at sea level might be due to differences in expression of HIF-1α in the brainstem. This suggests that mice have a genetic pre-disposition that ensure adequate response to hypoxia. This trait helps to explain that mice are able to survive and successfully establish natural colonies at high altitude. Key Words: Hypoxia, high altitude, hypoxic ventilatory response, Brainstem, HIF.

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.