Les maladies cardiovasculaires (MCV), résultant de complications de l'athérosclérose, restent la principale cause de morbidité et de mortalité dans le monde. L'athérosclérose, considérée comme une maladie inflammatoire chronique, implique à la fois les systèmes immunitaires inné et adaptatif. Les macrophages jouent un rôle majeur dans l'initiation de la lésion, sa progression et les complications thrombotiques potentiellement dévastatrices. Un grand nombre de données rapporte l'implication du stress oxydatif, conséquence d'un déséquilibre entre antioxydants et espèces réactives de l'oxygène, dans les maladies cardiovasculaires. En outre, ces pathologies sont fréquemment associées à des changements dynamiques de l'activation des macrophages, soit vers le phénotype pro-inflammatoire M1 (activation classique), soit vers le phénotype anti-inflammatoire M2 (activation alternative). Parmi les antioxydants endogènes, la thiorédoxine-1 (Trx1) est une protéine ubiquitaire qui exerce différents effets physiologiques. Outre son rôle dans l'homéostasie redox cellulaire et comme puissant antioxydant, cette protéine est également impliquée dans le métabolisme énergétique, les réponses inflammatoires, la croissance cellulaire et la survie. En revanche, sa forme tronquée (Trx80) exerce des effets opposés. Il est à noter que plusieurs études ont rapporté le rôle bénéfique du système de la Trx1 dans les MCV mais les mécanismes moléculaires n'ont toujours pas été décrits. Par conséquent, notre étude porte sur le rôle des Trx1 et Trx80 dans le développement et/ou la régression de l'athérosclérose, en particulier dans la modulation de la polarisation des macrophages et dans les différentes voies de signalisation impliquées dans ces processus. Nos principaux résultats obtenus in vitro sur des cultures primaires de macrophages humains ou de macrophages péritonéaux murins, ont révélé d'une part que la Trx1 induit la polarisation des macrophages vers le phénotype anti-inflammatoire M2 suite à la régulation négative de p16INK4a et l’inhibition de la translocation nucléaire de la protéine activatrice-1(AP-1) et de Ref-1; d'autre part, que la Trx1 inhibe la polarisation des macrophages vers le phénotype pro-inflammatoire M1 induit par le lipopolysaccharide (LPS). Par contre, la Trx80 inhibe la polarisation anti-inflammatoire M2 induite par IL-4 ou IL-4/IL-13 mais potentialise le phénotype M1 induit par le LPS. Pour valider in vivo les résultats obtenus in vitro, nous avons utilisé comme modèles expérimentaux, des souris C57Bl/6.ApoE2.ki hyperlipoprotéinémiques et des vaisseaux athérosclérotiques de patients ayant subi une chirurgie vasculaire. Injectées en intraveineuse, la Trx1 et la Trx80 affectent le phénotype des macrophages dans le thymus, le foie et les lésions athérosclérotiques. Chez la souris, la Trx1 réduit la surface des lésions aortiques alors que la Trx80 l’augmente. Enfin le traitement aussi bien par la Trx1 que par la Trx80 n’affecte pas les niveaux de cholestérol et de triglycérides plasmatiques. Pour explorer davantage nos résultats, nous avons étudié les voies de signalisation impliquées dans ces processus. Nos résultats montrent que la Trx1 et la Trx80 activent toutes les deux Akt. La Trx80 utilise la voie de signalisation mTOR pour exercer ses effets dans la polarisation M1 des macrophages puisqu'elle active mTOR de manière dose-dépendante comme l’indique l'augmentation de la phosphorylation de p70S6K. De plus, la Trx1 antagonise l'athérosclérose alors que la Trx80 la potentialise par suite des changements des phénotypes M1/M2, ce qui fait de la Trx1 une cible thérapeutique prometteuse. / The cardiovascular diseases (CVDs), resulting from complications of atherosclerosis, remain the leading cause of morbidity and death worldwide. Atherosclerosis as a chronic inflammatory disease, involves both innate and adaptive arms of immunity in which macrophages play the orchestral role in modulating lesion initiation, progression, and potentially devastating thrombotic complications. Available evidences support the notion of a central role of oxidative stress, due mainly to the imbalance between antioxidants and reactive oxygen species (ROS) in CVDs. Furthermore, the pathology is frequently associated with dynamic changes in macrophage activation, with classically activated M1 cells implicated in initiating and sustaining inflammation and M2 or M2-like cells associated with resolution or smoldering chronic inflammation. Among endogenous antioxidants, the thiordoxine-1 (Trx1) plays a central role in several diseases including CVD. Thus, the ubiquitous Trx1 has been reported to exert a myriad of beneficial roles. Indeed, it regulates not only cellular redox homeostasis and acts as a principal antioxidant defense system, but it also affects energy metabolism, modulates the immunological and inflammatory responses, and controls cell growth and survival. In contrast, its truncated form (Trx-80), exerts an opposite effects. However, several studies reported the beneficial role of Trx system in CVDs but the detailed molecular mechanism is not addressed yet. Therefore, the present study aims to investigate the role of both Trx1 and Trx80 in the biology of atherosclerosis through the modulation of macrophage polarization and the implicated signaling pathways as well. Our in vitro major findings, using human macrophages and murine peritoneal macrophages, revealed that Trx1 on one hand promoted the polarization of anti-inflammatory M2 macrophages through downregulation of p16INK4a and suppressing nuclear translocation of activator protein-1 (AP-1) and Ref-1 as evidenced by the expression of the CD206 and IL-10 markers. On the other hand Trx1 also reduced the lipopolysaccharide (LPS)-induced differentiation of inflammatory M1 macrophages, as indicated by the decreased expression of the M1 cytokines, tumor necrosis factor-α (TNF-) and monocyte chemoattractant protein-1 (MCP¨-1). By contrast, Trx80 treatment attenuated the polarization of anti-inflammatory M2 macrophages induced by IL-4 or IL-4/IL-13 even it potentiated LPS-induced M1 activation. To validate our obtained in vitro results, hyperlipoproteinemic C57Bl/6.ApoE2.ki mice and human atherosclerotic vessel specimens from patients undergoing vascular surgery were used. Consistently, Trx1 and Trx80 affected macrophage phenotype in thymus, liver and atherosclerotic lesions. As a consequence, Trx1 reduced whereas Trx80 increased the aortic lesion area in mice. Plasma levels of cholesterol and triglycerides did not changed by the treatment. To further explore our results, the implicated signaling pathways has been studied and it was found that both Trx1 and Trx80 activated Akt. Furthermore, Trx80 uses mTOR signaling pathway to exert its effect in polarizing macrophages toward M1 phenotype since it activated mTOR in a dose-dependent manner as demonstrated by the increased phosphorylation of P70S6K. Based on our results, Trx1 antagonizes whereas Trx80 potentiates atherosclerosis through changing M1/M2 phenotypes. Therefore, Trx1 represents a promising target for therapeutic interventions.

Le déclin des hormones sexuelles avec l'âge a été mis en cause dans le développement de nombreuses maladies. Chez les hommes, la baisse de la testostérone circulante est un prédicteur de la mortalité toutes causes mais son impact sur le risque cardiovasculaire est incertain. A partir de l’étude de cohorte des Trois Cités (3C), réalisée en France dans la population générale, j'ai étudié le rôle de la testostérone plasmatique dans la survenue des évènements artériels ischémiques chez les hommes de plus de 65 ans.J'ai montré, dans une première partie, que des taux diminués de testostérone étaient associés à des facteurs de risque cardiovasculaire. J'ai notamment confirmé le rôle central de la masse grasse et du diabète comme déterminants des androgènes. De plus, j'ai mis en évidence une association inverse entre la testostérone et l’épaisseur intima-media (EIM) des artères carotidiennes. J'ai montré que cette relation dépendait du statut inflammatoire systémique avec des variations significatives de l'EIM observées uniquement chez les hommes ayant des niveaux élevés de protéine C-réactive. En revanche, aucune association significative n'a pu être détectée entre les androgènes et la présence de plaques d'athérome.Dans une seconde partie, j'ai mis en évidence une relation originale en forme de J entre la testostérone et le risque de maladies artérielles ischémiques. Les hommes ayant des taux élevés ou diminués de testostérone présentaient un risque accru d’évènements artériels et cette relation ne dépendait pas des principaux facteurs de risque cardiovasculaire. Des résultats similaires étaient observés pour les cardiopathies ischémiques et les accidents vasculaires cérébraux ischémiques.Ces résultats suggèrent que des taux moyens de testostérone totale circulante (4-5 ng/mL) protègent des maladies artérielles ischémiques. Ce rôle modulateur des androgènes pourrait être lié à un processus de vieillissement précoce non spécifique. / The age-related decline in sex hormones has been involved in the development of many diseases. In men, low endogenous testosterone levels predict mortality due to all causes. However, the role of testosterone in the development of cardiovascular disease remains uncertain. In the french Three-City population-based cohort study, I assessed the association of plasma sex hormones with the incidence of ischemic arterial disease in men aged over 65 years.First, I showed that low testosterone levels were associated with cardiovascular risk factors. I confirmed a leading role of obesity and diabetes as determinants of androgens. I also found an inverse association between testosterone and carotid intima-media thickness (IMT). I highlighted that, this relationship was mediated through systemic inflammation as significant changes in IMT were observed only in men with high C-reactive protein levels. However, no significant association was detected between androgens and the presence of carotid plaques.Second, I found an original J-shaped association between testosterone and risk of ischemic arterial disease. Men with elevated or decreased testosterone levels had higher risk of arterial events and this association was independent of major cardiovascular risk factors. Similar results were observed for ischemic heart disease and ischemic stroke.Overall, these results suggest that intermediate testosterone levels (4-5 ng/mL) could protect against cardiovascular events. Androgens could also be involved in general ageing process.

L’athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique. L’une des caractéristiques des lésions d’athérosclérose est l’accumulation anormale de corps apoptotiques et nécrotiques, due à un défaut d’efferocytose, ceci entraînant la formation du cœur nécrotique. L’évolution de ce cœur nécrotique est également associée à une augmentation de l’inflammation et de la taille des plaques d’athérosclérose, mais aussi dans la survenue de complications telle que la rupture de plaque. Clec9a est un récepteur transmembranaire de type lectine C, majoritairement exprimé par une sous population de cellules dendritiques les DC-CD8α+. Il est capable de reconnaître un ligand spécifiquement exprimé par les corps nécrotiques, l’actine F. L’objectif de notre travail a été de savoir si Clec9a, qui est capable de reconnaître les corps nécrotiques, pouvait être impliqué dans la modulation de l’inflammation observée au cours du développement de l’athérosclérose. Au cours de cette étude, nous avons montré, in vivo partir de deux modèles murins (ApoE-/- et LDLr-/-), que la délétion de Clec9a entraîne une diminution significative de la taille des lésions dans un contexte d’hypercholestérolémie modérée. Cette athéro-protection observée en l’absence de Clec9a, est associée à une augmentation de l’expression de l’IL-10, qui est une interleukine anti-athérogène et anti-inflammatoire. Cet effet athéroprotecteur de l’absence de Clec9a n’est plus observé lorsque l’IL-10 est totalement invalidée. De plus, nous avons montré que l’invalidation de Clec9a spécifiquement dans les DC-CD8α+ entraîne, in vivo, une diminution de l’infiltration des macrophages et des lymphocytes T dans les lésions, ainsi qu’une augmentation de l’expression de l’IL-10, favorisant une diminution de la taille des lésions. La compréhension des mécanismes inflammatoires dans l’athérosclérose constitue un enjeu majeur pour prévenir les risques de complications comme la rupture de plaque ou la thrombose. Ainsi, ce travail met en évidence un nouveau rôle de Clec9a dans la régulation de l’inflammation dans l’athérosclérose et pourrait donc représenter une cible thérapeutique potentielle. / Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease. One of the characteristics of atherosclerotic lesions is the abnormal accumulation of apoptotic and necrotic cells, due to a deficiency of efferocytosis, which leads to the formation of the necrotic heart. The evolution of this necrotic core is also associated with an increase in inflammation and lesions of atherosclerosis, but also in the occurrence of complications such as plaque rupture. Clec9a is a C type lectin receptor, mainly expressed by a subpopulation of dendritic cells, which are the CD8α+ dendritic cells. This receptor is able to recognize a ligand expressed by necrotic cells, the actin F. The aim of our work was to find out if Clec9a, which can sense necrotic cells, could be involved in modulating the inflammation observed during the development of atherosclerosis. In this study, we have shown, in vivo with two mouse models (ApoE - / - and LDLr - / -), that the deletion of Clec9a leads to a significant decrease in the incidence of moderate hypercholesterolemia. This athero-protection observed in the absence of Clec9a, is associated with an increase in the expression of IL-10, which is an anti-atherogenic and anti-inflammatory cytokine. This athero-protective effect of the absence of Clec9a is abolished after total invalidation of IL-10. Furthermore, we report that specific knockdown of Clec9a in CD8α+-DC, in vivo, leads to a decrease in macrophage and lymphocyte infiltration in lesions, as well as an increase in IL-1 expression. 10, which promotes a decrease in lesions size. Understanding of inflammatory mechanisms in atherosclerosis is a major challenge to prevent the risk of complications such as plaque rupture or thrombosis. Thus, this work highlights a new role of Clec9a in the regulation of inflammation in atherosclerosis and could be therefore a potential therapeutic target.

Les cellules myéloïdes jouent un rôle majeur dans le développement et les complications de l’athérosclérose. TREM (Triggering Receptor Expressed on Myeloid cells)-1 est un récepteur, exprimé par les cellules myéloïdes, impliqué dans l’amplification de la réponse inflammatoire en réponse à une stimulation de la voie des TLRs. Notre objectif était d’étudier les conséquences de l’inhibition de TREM-1 sur le développement de l’athérosclérose expérimentale.Matériel et résultats : Dans un modèle de souris chimères Ldlr-/- retransplantées avec une moelle de souris Trem-1+/+ ou Trem-1-/-, nous avons montré que la déficience hématopoïétique en Trem-1 induisait une réduction de 42% de la taille des plaques d’athérosclérose au niveau du sinus aortique après 6 semaines de régime gras et une réduction de 60% après 14 semaines. De plus, la déficience hématopoïétique en Trem-1 induisait un phénotype lésionnel plus stable avec une moindre accumulation macrophagique, un centre nécrotique moins volumineux. Ces résultats ont été confirmés dans un modèle de souris ApoE-/-/Trem1-/-. Parallèlement, l’inhibition pharmacologique de TREM-1 par des injections répétées de peptide LR12 induisait une réduction significative de la taille des plaques au niveau du sinus et de l’aorte thoracique chez la souris ApoE-/- sous un régime riche en matières grasses. En utilisant différentes approches in vitro et in vivo, nous avons montré que l’invalidation génique de Trem-1 ou son inhibition pharmacologique induisait une déviation de la réponse immune vers un profil moins inflammatoire, réduisait le recrutement des monocytes non classiques dans la plaque d’athérosclérose et enfin limitait l’endocytose des lipides oxydés en régulant l’expression du CD36. Ces données de modulation de la réponse immune et de l’endocytose des lipides ont été confirmées sur des macrophages humains. Nous avons enfin montré que TREM-1 est exprimé dans des plaques d’athérosclérose humaines essentiellement par les macrophages spumeux. L’expression de TREM-1 est significativement plus importante dans les plaques athéromateuses par rapport aux plaques fibreuses. Conclusion : Nous avons montré que TREM-1 est impliqué dans le développement de l’athérosclérose à différents stades de la maladie, en modulant la réponse immune systémique et l’endocytose des lipides oxydés. L’inhibition de TREM-1 pourrait constituer une nouvelle cible thérapeutique des maladies cardiovasculaires. / Innate immune responses activated through myeloid cells contribute to the initiation, progression and complications of atherosclerosis in experimental models. However, the critical upstream pathways that link innate immune activation to foam cell formation are still poorly identified.Objectives: We hypothesized that activation of TREM (Triggering Receptor Expressed on Myeloid cells)-1 plays a determinant role in macrophage atherogenic responses. Methods and Results: Ldlr-/- mice reconstituted with bone marrow deficient for Trem-1 (Trem-1-/-) showed a strong reduction of atherosclerotic plaque size in both the aortic sinus and the thoraco-abdominal aorta, and were less inflammatory compared to plaques of Trem-1+/+ chimeric mice. Genetic invalidation of Trem-1 led to alteration of monocyte recruitment into atherosclerotic lesions and inhibited Tlr4-initiated pro-inflammatory macrophage responses. Furthermore, we identified a critical role for Trem-1 in the upregulation of Cd36, thereby promoting the formation of inflammatory foam cells. Genetic invalidation of Trem-1 in Apoe-/-/Trem-1-/- mice or pharmacological blockade of Trem-1 in Apoe-/- mice using LR-12 peptide also significantly reduced the development of atherosclerosis throughout the vascular tree, and lessened plaque inflammation. TREM-1 was expressed in human atherosclerotic lesions mainly in lipid-rich areas, with significantly higher levels of expression in atheromatous compared to fibrous plaques. Conclusion: We identify TREM-1 as a major upstream pro-atherogenic receptor. We propose that TREM-1 activation orchestrates monocyte/macrophage pro-inflammatory responses and foam cell formation through coordinated and combined activation of CD36 and TLR4. Blockade of TREM-1 signaling may constitute an attractive novel and double-hit approach for the treatment of atherosclerosis.

Les accidents vasculaires cérébraux sont la première cause mondiale d'handicap et l'athérosclérose en est le principal facteur. Cette pathologie, liée à une mauvaise prise en charge du cholestérol pourra avoir des conséquences plus pernicieuses comme la fragilisation des unités cérébrovasculaires qui, combinée à une inflammation systémique et locale, peut entraîner d'importantes répercussions cérébrales.Pour être au plus proche de l'humain nous avons utilisé des modèles animaux murins et primate non-humain (PNH) âgés sous régime gras. Une approche translationnelle avec suivi longitudinal de biomarqueurs sanguins et d'imagerie combinée à la caractérisation tissulaire de l'inflammation a été effectuée pour tenter d'élucider les spécificités de la réponse inflammatoire dans la paroi vasculaire des grosses artères et le tissu cérébral.Nous avons montré que chez des souris ApoE-/- âgées l'exercice physique peut contrecarrer les effets délétères d'un régime gras lorsque l'apport calorique est contrôlé mais plus lorsqu'il ne l'est pas. La dégradation de la barrière hémato-encéphalique pourrait expliquer l'inflammation observée in vivo et confirmée par l'analyse tissulaire. L'étude des PNH a montré l'intérêt d'associer imagerie multimodale et dosages sanguins dans la stratification du risque cardiovasculaire ainsi que l'importance d'associer des marqueurs métaboliques, inflammatoires et anti-inflammatoires.Nous avons montré l'intérêt de contrôler les apports caloriques pour bénéficier des effets protecteurs de l'exercice sur l'athérosclérose et l'importance d'avoir une vue globale du patient pour une stratification individuelle précise du risque cardio et cérébrovasculaire / Stroke is the leading cause of disabilities worldwide and is mainly caused by atherosclerosis. But this is not the only risk for patients. Indeed, as this pathology is due to a lack of circulating cholesterol management and could lead to more pernicious outcomes such as cerebrovascular units disorganization whom, when combined with systemic and local inflammation can result in serious brain aftermath.Aged murine and non-human primate (NHP) animal models under high cholesterol diet were used to be closest to the human pathology. A translational approach with longitudinal follow-up of circulating and imaging biomarkers combined with a tissular characterization of inflammation was performed in order to elucidate the specificities of the inflammatory response in vascular wall of large vessels and brain tissue.We showed that in old ApoE-/- mice exercise can counterbalance deleterious effects of high fat diet when caloric intake is controlled but no longer when food is given ad libitum. The leakage of blood-brain barrier might explain the neuroinflammation observed in vivo and confirmed by tissular analysis. The study on NHP showed the interest of combine multimodal imaging with blood dosage for cardiovascular risk stratification and the importance of associating metabolic, inflammatory but also anti-inflammatory markers.We highlighted the importance of controlling calories intake in order to benefit of protective effects of exercise on atherosclerosis and the relevance of having an overview of the patient’s status for an accurate individual stratification of cardio and cerebrovascular risk

Les macrophages jouent un rôle clé dans l'athérosclérose. Après la captation massive des LDL oxydées (oxLDL), les macrophages sous-endothéliaux sont chargés en cholestérol et se transforment ainsi en cellules spumeuses qui contribuent à la formation de la plaque d'athérome. Les oxystérols, produits d'oxydation du cholestérol, sont retrouvés en quantité importante dans les oxLDL. Au niveau cellulaire, ils sont impliqués dans la régulation de l'homéostasie du cholestérol, l'induction du stress oxydatif cellulaire et de la cytotoxicité. Notre travail montre que le cholestérol, associé aux LDL et d'origine cellulaire, est fortement oxydé par les macrophages lors d'une exposition aux oxLDL. Les principaux produits d'oxydation sont le 7-cétocholesterol et 7α/β-hydroxycholestérol. De plus, nous démontrons que ces oxystérols sont exportés hors des macrophages via les HDL, mais pas l'apoA1. Nous avons aussi caractérisé les oxystérols formés dans les HDL suite à des modifications oxydatives et les HDL issues de patients diabétiques. Nous avons en outre montré que ces modifications sont associées à une diminution de la capacité des HDL à exporter les oxystérols. / Macrophages play a key role in atherosclerosis. After massive uptake of oxidized LDL (oxLDL), subendothelial macrophages are overloaded with cholesterol thereby leading to the formation of foam cells, which is one characteristic of atherogenesis. Oxysterols, the oxidation products of cholesterol, are one of major components of oxLDL; they are involved in the regulation of cholesterol homeostasis, induction of cellular oxidative stress and cytotoxicity. Our works show that both LDL derived-cholesterol and cellular cholesterol can be strongly oxidized in human THP1 and murine RAW macrophages, especially during exposure of oxLDL. The major oxidative products are 7-ketocholesterol and 7α/β-hydroxycholesterol. Moreover, we demonstrate that both oxysterols derived from LDL cholesterol and cellular cholesterol can be exported to HDL, whereas not to apoA1. Then, we studied the functionality of modified HDL and diabetic HDL on oxysterols efflux. A decrease of oxysterols efflux was observed with oxidized and glycoxidized HDL. Compared to the HDL of healthy controls, the HDL of diabetic subjects are less efficient to efflux oxysterols. Taken together, the increased production of oxysterols in presence of oxLDL and their lower efflux by modified HDL support the detrimental role of these oxidative compounds in pathophysiological conditions like diabetes.

L'athérosclérose est une maladie inflammatoire qui commence quand les lipoprotéines de faible densité (LDL) entrent dans l'intima du vaisseau sanguin où elles sont oxydées (ox-LDL). Le ox-LDL est considéré comme un agent dangereux par le système immunitaire provoquant ainsi une réponse immunitaire. Cette réponse immunitaire déclenche le recrutement des monocytes dans l'intima où elles se transforment en macrophages et ensuite en cellules spumeuses. Ce dernier amplifie la production des cytokines inflammatoires et davantage de recrutement des monocytes. Ce processus auto-amplifié est compensé par la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires (anti-inflammation biochimique) et la migration des cellules musculaires lisses pour former une chape fibreuse qui couvre le noyau lipidique. Cette chape fibreuse avec le noyau lipidique s'appellent la plaque d'athérosclérose. Celle-ci change la géométrie du vaisseau sanguin en le rétrécissant et interagit avec du flux sanguin. Cette interaction peut avoir des conséquences dangereuses liées à la rupture de plaque ou à la formation du caillot de sang. La thèse est consacrée à la modélisation mathématique de ces phénomènes. Elle est composée de deux parties : Nous développons des modèles mathématiques basés sur des équations de réaction diffusion afin de décrire le processus inflammatoire. Le premier modèle est unidimensionnel. Il nous permet d'expliquer comment le développement de l'athérosclérose dépend de la concentration en cholestérol (ox-LDL). Si cette concentration dans l'intima est basse, alors la maladie ne se développera pas. Les concentrations intermédiaires de ox-LDL peuvent mener au développement de la maladie dans certaines conditions. Nous montrons que l'inflammation se propage en front d'ondes de réaction-diffusion. Les concentrations élevées de ox-LDL engendre le développement de la maladie. Même une petite perturbation du cas non inflammatoire mène à une propagation d'ondes qui correspond à l'inflammation. Ensuite nous étudions un modèle bidimensionnel qui représente un système d'équations type réaction-diffusion sur une bande. La deuxième dimension correspond à la section transversale de l'intima et une condition aux limites non-linéaire décrit le recrutement des monocytes. Cette condition aux limites est une fonction des concentrations des cytokines. Nous démontrons l'existence des fronts de propagation d'onde et confirmons les résultats précédents qui montrent que l'athérosclérose se développe en tant qu'onde de réaction-diffusion. Les résultats théoriques des deux modèles sont confirmés par des simulations numériques qui montrent que le cas bidimensionnel converge vers le cas unidimensionnel quand l'épaisseur de l'intima tend vers zéro. Une fois la plaque se forme, elle interagit avec le flux sanguin engendrant de différentes conséquences mécaniques et biochimiques. Nous développons un modèle d'interaction fluide-structure. La plaque d'athérome composée d'un dépôt lipidique couvert par une chape fibreuse, les deux étant modélisés en tant que matériaux hyper-élastiques. Le sang est considéré comme un fluide non-Newtonien avec une viscosité variable modélisée selon la loi de Carreau. Les paramètres utilisés dans nos simulations sont tirés de données expérimentales mentionnées dans la littérature. Nous étudions les effets non-Newtoniens sur les recirculations du sang en aval de la plaque d'athérome et aussi sur les contraintes sur celle-ci. Les simulations montrent que le modèle Newtonien surestime les recirculations de manière significative par rapport au modèle non-Newtonien. Elles montrent aussi que le modèle Newtonien sous-estime légèrement les contraintes sur la plaque pour des taux de cisaillement usuels, mais cette sous-estimation devient importante pour des taux de cisaillement bas. / Atherosclerosis is an inflammatory disease which starts when low density lipoproteins (LDL) enter the intima of blood vessel where they are oxidized (ox-LDL). The ox-LDL is considered as a dangerous agent by the immune system provoking an anti-inflammatory response. This immune response triggers the recruitment of monocytes into the intima where they differentiate into macrophages and foam cells. The latter amplifies the production of inflammatory cytokines and further recruitment of monocytes. This auto-amplified process is compensated by the secretion of anti-inflammatory cytokines (biochemical anti-inflammation) and triggers the migration of smooth muscle cells to form a fibrous cap that covers the lipid core. These fibrous caps with the lipid core are called atherosclerosis plaque. It changes the geometry of the blood vessel by narrowing it and interacts with the blood flow. This interaction may have dangerous consequences related to the plaque rupture or to the formation of blood clot. The PhD thesis is devoted to mathematical modelling of these phenomena. It consists of two major parts : We develop mathematical models based on reaction-diffusion equations in order to describe the inflammatory process. The first model is one-dimensional. It allows us to explain how the development of atherosclerosis depends on the cholesterol (ox-LDL) concentration. If its concentration in the intima is low, then the disease will not develop. Intermediate ox-LDL concentrations can lead to the disease development under certain conditions. We show that the inflammation propagates as a reaction-diffusion wave. High ox-LDL concentrations will necessary result in the disease development. Even a small perturbation of the non inflammatory case leads to a travelling wave propagation which corresponds to a chronic inflammatory response. We then study a two-dimensional model which represents a reaction-diffusion system in a strip. The second dimension corresponds to the cross-section of the intima, nonlinear boundary conditions describe the recruitment of monocytes as a function of the cytokines concentration. We prove the existence of travelling waves and confirm our previous results which show that atherosclerosis develops as a reaction-diffusion wave. The theoretical results of the two models are confirmed by numerical simulations that show that the two-dimensional model converge to the one-dimensional one if the thickness of the intima tends to zero. When the plaque is formed, it interacts with blood flow resulting in various mechanical and bio-chemical effects. We develop a fluid-structure interaction model. The atheroma plaque is composed of a lipid pool and a fibrous cap and both are modeled as hyper elastic materials. The blood is supposed to be a non-Newtonian fluid with a variable viscosity modeled by the Carreau law. The parameters used in our simulations are taken from experimental data found in literature. We investigate the non-Newtonian effects on the re circulations downstream of the atheroma plaque and on the stress over the plaque. The simulations show that the Newtonian model significantly overestimates the re circulations in comparison with the non-Newtonian model. They also show that the Newtonian model slightly underestimates the stress over the plaque for usual shear rates, but this underestimation can become significant for low shear rates.

A partir des données de 2 études de population menées chez des sujets âgés, non institutionnalisés, respectivement l’étude des 3 Cités et l’étude EVA (Epidémiologie du Vieillissement Artériel), nos objectifs étaient 1) de revisiter le rôle de l’athérosclérose carotidienne dans son association avec les évènements coronaires et avec les démences, en dissociant précisément l’athérome (i.e. les plaques carotidiennes ; PC) de l’hypertrophie artérielle (i.e. l’épaississement diffus de l’intima-média mesuré au niveau de l’artère carotide commune ; EIM-ACC) et 2) dans un objectif plus mécanistique, d’analyser le lien différentiel entre l’athérome, l’hypertrophie artérielle et l’un des polymorphismes nucléotidiques (rs1333049) les plus associés à la maladie coronaire et situé sur le chromosome 9 (locus 9p21).Dans un 1er travail, nous avons montré que les PC étaient associées à une augmentation du risque d’évènement coronaire à 6 ans, à l’inverse de l’EIM-ACC qui n’était pas associée au risque coronaire. De plus l’ajout des PC à un modèle comprenant les FDRCV améliorait significativement la prédiction du risque coronaire avec près de 12% des sujets correctement reclassés en terme de risque prédit (NRI = 11,7% ; IC95% = 3,1%-20,0%). Dans la seconde analyse (3C et EVA), nous avons mis en évidence une association spécifique entre les PC et le polymorphisme nucléotidique rs1333049 (OR allèle C = 1,24 ; IC 95% = 1,13-1,36). Chez les sujets de la cohorte EVA, l’allèle C était également associé à la progression des plaques carotidiennes à 4 ans, mais pas à la progression de l’EIM. Dans le dernier volet de cette thèse et de manière similaire aux évènements coronaires, il existait une association spécifiques entre les PC et la survenue de démences vasculaires/mixtes à 7 ans (HR ≥ 2 sites avec plaques vs. 0 = 1,93 ; IC 95% = 1,13-3,28). Aucune association n’était retrouvée avec l’EIM. L’ajout des plaques carotidiennes à un modèle comprenant les FDR CV et de démence permettait de reclasser correctement 43% des sujets en terme de risque de DVasc (NRI=43,0% ; IC95% = 20,2-66,2). Enfin, dans le cadre de cette thèse, nous participons à un travail collaboratif portant sur la progression individuelle de l’EIM au cours du temps en association avec la survenue d’évènements cardiovasculaires. Les données de EVA ont été intégrées à ce projet. Un premier résultat de cette méta-analyse était que la progression annuelle de l’EIM-ACC n’était associée à aucun des évènements cardiovasculaires étudiés. Au total, les résultats de cette thèse indiquent la présence d’une association différentielle des plaques carotidiennes et de l’EIM-ACC avec les évènements coronaires et les démences. Les implications sur le plan de la prévention et en termes de cibles thérapeutiques potentielles sont discutées dans cette thèse. / Using data from 2 large French cohorts of non-institutionalized older adults, namely the Three-City Study (3C) and the Vascular Aging Study (EVA), we aimed 1) to explore the respective contribution of ultrasound detected carotid plaques (e.g. atherosclerosis) and diffuse common carotid intima-media thickness (CCA-IMT) (e.g. arteriosclerosis) to incident coronary events and dementia and 2) to assess the differential relationship between carotid plaques, CCA-IMT and the coronary heart disease (CHD)-associated single polymorphism nucleotide (rs1333049) on chromosome 9p21. First, we showed that carotid plaques but not CCA-IMT were associated with an increased risk of 6-year CHD. Furthermore, carotid plaques significantly improved CHD risk prediction beyond traditional CV risk factors, as nearly 12% of the participants were correctly reclassified in terms of predicted risk(Net Reclassification Improvement (NRI) = 11.7%; 95% CI = 3.1%-20.0%). In our second analysis, including subjects from both 3C and EVA, we found a specific association between carotid plaques and the rs1333049 genotype (OR C allele at risk= 1.24; 95% CI = 1.13-1.36). Moreover, among the EVA participants, the rs1333049 genotype was also associated with carotid plaques progression over 4 years, but not with CCA-IMT progression. Thirdly, we showed a specific relationship between carotid plaques and the occurrence of 7-year vascular/mixed dementia (VaD) (HR ≥ 2 sites with plaques vs. 0 = 1.93; 95% CI = 1.13-3.28). No relationship was found for CCA-IMT. Furthermore, adding carotid plaques to a model including vascular and dementia risk factors resulted in a significant continuous NRI of 43.0% (95% CI = 20.2%-66.2%) for VaD. At last, in line with the present work, we currently participate through the EVA Study to a collaborative project on the relationship between individual IMT progression over time and cardiovascular risk. A first result recently published, showed the absence of relationship between yearly IMT progression and cardiovascular events. In summary, the present work indicates that carotid plaques and CCA-IMT are differentially associated with coronary events and vascular/mixed dementia. Potential implications of our results regarding primary prevention and therapeutic targets are discussed in this thesis.

Contexte : L'echodoppler carotidien (EDC) est un outil pour définir le risque cardio-vasculaire (RCV) mais peut progresser dans ses indications et dans les paramètres mesurés. Les travaux 1-2-3 étudient les correlations échographiques de l'index de volume de plaque (IVP). Les études 4-5 étudient l’apport de l’EDC dans l'évaluation du RCV des patients avec syndromes coronaires aigus (SCA). Matériels: les études N°1-2-3 ont été réalisées sur 93 patients avec EDC. Les études 4-5 ont été réalisées sur 152 patients avec SCA et EDC systématique. Les analyses sont transversales et longitudinales. Résultats : L'IVP n’est pas corrélé aux paramètres usuels de quantification de l’athérome carotidien. Il est plus sensible que le degré de sténose pour mesurer les changements de la plaque d’athérome. L'EDC chez tous les patients atteints de SCA est peu rentable. Ciblé aux patients âgés et diabétiques, il améliore ses performances. Les plaques carotidiennes 50-70 % ont une valeur pronostique significative. Conclusion : L’EDC est un outil intéressant pour aborder le RCV. Sa meilleure utilisation (quantitative et qualitative) permet de mieux appréhender le RCV. / Background: Carotid echo Doppler (EDC) is an interesting tool to define the cardio vascular risk (RCV) of patients. However its performances could be increased with creation of new parameters The studies n°1, 2 and 3 studied the correlations between the plaque volume index (IVP) and the currently used echographic parameters. Studies n° 4 and 5 studied the contribution of EDC for evaluating the RCV in patients with an acute coronary syndrome (ACS). Materials: Studies n°1,2 and 3 were performed on 93 patients with EDC. Studies n° 4 and 5 were performed on 152 patients with an SCA and EDC systematically achieved. Results: IVP was not correlated with the parameters currently used to quantify carotid atheroma. IVP was more sensible than the stenosis degree to detect the changes in carotid atheroma. EDC performed in all patients with an SCA could not be justified. Performed in elderly and diabetic patients, this tool was very useful to detect severe stenosis with an impact on patients’s management. Asymptomatic Carotid narrowing between was found to have a prognostic value. Conclusion: EDC is an interesting tool to understand the RCV. Its better use (quantitative and qualitative) should allow to reduce the CV morbid mortality.

L’effet athéroprotecteur des Lipoprotéines de Haute Densité (HDL) est principalement attribué à leur rôle clé dans Transport Retour du Cholestérol (RCT), un processus par lequel le cholestérol excédentaire des cellules périphériques est capté par les particules HDL pour être amené au foie où il sera préférentiellement sécrété dans les voies biliaires, puis excrété dans les fèces. Deux voies indépendantes ont été identifiées comme étant impliquées dans l’endocytose hépatique du HDL. La première est la voie ecto-F1-ATPase/P2Y13 dans laquelle l’apoA-I (apolipoprotéine majoritaire des HDL) se lie à la F1-ATPase exprimé à la surface des hépatocytes (ecto-F1-ATPase) et stimule l’hydrolyse d’ATP en ADP. L’ADP ainsi généré active le récepteur purinergique P2Y13 pour stimuler l’endocytose de l’holoparticule HDL (protéines + lipides) via un troisième récepteur différent de SR-BI. Les souris invalidées pour P2Y13 présentent une diminution des sécrétions de lipides biliaires accompagnée d’une diminution du RCT des macrophages vers les fèces sous régime normolipidique. Un régime riche en cholestérol (1.25% cholestérol) accentue ce phénotype. La voie SR-BI, quant à elle, est responsable de la captation sélective du cholestérol estérifié des HDL par le foie. Les souris invalidées pour SR-BI spécifiquement au niveau du foie (SR-BI KOfoie) présentent une hypercholestérolémie principalement attribuée à une augmentation du HDL-C et développent des plaques d’athérosclérose sous régime hypercholestérolémique. Dans une étude récente, nous avons montré que l’invalidation de P2Y13 dans le modèle murin proathérogène apoE KO induit une augmentation du développement d’athérosclérose associée à une diminution des sécrétions de lipides biliaires et du RCT des macrophages vers les fèces. De plus, dans ces souris, l’expression hépatique transcriptionnelle et protéique de SR-BI étaient fortement augmentées par rapport aux souris apoE KO, suggérant qu’un possible mécanisme de compensation pourrait exister entre les récepteurs P2Y13 et SR-BI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier la contribution respective des récepteur P2Y13 et SR-BI dans le métabolisme du HDL-C et le développement de l’athérosclérose. Nous avons croisé des souris P2Y13 KO avec des souris SR-BI KOfoie et nous avons obtenu des souris doublement invalidées (P2Y13 x SR-BIfoie dKO). Le phénotype métabolique des souris dKO a été étudié sous régime normolipidique et hypercholestérolémique et le développement d’athérosclérose sous régime hypercholestérolémique. Par rapport aux souris sauvages, les souris dKO sous régime normolipidique, présentent une augmentation du cholestérol plasmatique similaire à celle observée chez les souris SR-BI KOfoie, principalement imputable à une augmentation du HDL-C. Les souris dKO, mais pas les souris SR-BI KO, montrent une diminution des sécrétions de lipides biliaires comparable à celle observée chez les souris P2Y13 KO. Ce phénotype métabolique observé chez les souris dKO est accentué sous régime hypercholestérolémique et est associé à une augmentation des plaques d’athérosclérose par rapport aux souris SR-BI KOfoie. L’ensemble des résultats montrent que la délétion hépatique de SR-BI contribue essentiellement à une augmentation des taux plasmatiques de cholestérol, et plus particulièrement HDL-C. La délétion de P2Y13, quant à elle, n’induit aucune variation des lipides plasmatiques mais contribue principalement à une diminution des sécrétions de lipides biliaires qui contribue au développement de l’athérosclérose chez les souris invalidées pour SR-BI hépatique. Ces résultats soutiennent le concept selon lequel le flux de cholestérol transporté par les HDL des tissus périphériques vers le foie et les voies de sécrétions biliaires est plus important dans l’athéro-protection que la concentration plasmatique en HDL-C. L’activation du récepteur P2Y13 constitue une approche thérapeutique intéressante pour cibler les HDL contre le développement de l’athérosclérose. / The atheroprotective effect of High Density Lipoproteins (HDL) is mostly attributed to their central role in Reverse Cholesterol Transport (RCT), a process whereby excess cholesterol is taken up from peripheral cells to be processed into HDL particles, then later delivered to the liver where it is preferentially secreted into the bile, either as free cholesterol or after transformation into bile acids, to be further excreted into the feces. Two independent pathways have been identified as being involved in the hepatic HDL uptake. The first one involves the ecto-F1-ATPase/P2Y13 pathway. Briefly, apoA-I (main HDL apolipoprotein) binds to the F1-ATPase expressed ectopically at the surface of the hepatocyte (ecto-F1-ATPase) and stimulates hydrolysis of extracellular ATP into ADP. The generated ADP selectively activates the purinergic receptor P2Y13 resulting in subsequent endocytosis of the HDL-holoparticle (i.e. protein and lipid moieties) through a low-affinity binding site distinct from SR-BI. Mice deficient for P2Y13 display decreased biliary lipids secretion associated to an impaired macrophage-to-feces RCT when fed a Chow Diet (CD), phenotype emphasized when fed a High Cholesterol Diet (HCD). Differently, the SR-BI pathway mediates selective HDL-cholesteryl ester uptake by the liver. Mice with liver-specific SR-BI deficiency (SR-BI-KOliver) display a hypercholesterolemia mainly due to an increase on HDL-C and develop atherosclerosis when fed a HCD. In a recent study, we showed that P2Y13 extinction in the pro-atherogenic mouse model apoE-KO resulted in an increase of atherosclerotic plaque development associated to a decreased biliary lipid secretion and macrophage-to-feces RCT. Moreover, in these mice, mRNA and protein level of hepatic SR-BI were consistently increased as compared to apoE KO mice, suggesting that a possible compensatory mechanism might exist between P2Y13 and SR-BI receptors. My thesis aimed to study the respective contribution of P2Y13 and hepatic SR-BI in HDL-C metabolism and atherosclerosis development. We crossbred P2Y13 KO with SR-BI KOliver mice and obtained double knockout mice (P2Y13 x SR-BIliver dKO). The phenotype of dKO mice was analysed with regards to HDL-C metabolism either on CD or after 20 weeks of HCD, and to atherosclerosis development on HCD. When fed a CD, dKO mice, showed an increase in plasma cholesterol compared to WT mice similar to that observed in SR-BI KOliver mice, mainly due to an increase in HDL-C. DKO, but not SR-BI KOliver mice, showed impaired biliary lipid secretion to the same extent than P2Y13 KO mice. HCD accentuated the metabolic phenotype of dKO mice, with an increase in atherosclerotic lipid lesions in dKO mice compared to SR-BI KOliver mice. The phenotypic features of P2Y13 x SR-BIliver dKO mice show that hepatic extinction of SR-BI essentially contributes to an increase of HDL-C levels. Conversely, P2Y13 extinction does not induce any change in plasma lipoprotein levels but mainly contributes to a decrease of hepato-biliary cholesterol secretions, which translates into an increased atherosclerosis development, on top of SR-BI hepatic extinction. These results support the concept that the dynamic flux of cholesterol transported by HDL from macrophage foam cells to the liver for further bile secretion is essential for athero-protection rather than steady-state HDL-C concentration. In the future of HDL-therapies, P2Y13 receptor activation constitutes an interesting therapeutic approach against atherosclerosis development.