La diminution de la force et l'exacerbation de la fatigue neuromusculaire sont fortement impliquées dans l'altération des capacités fonctionnelles, de la tolérance à l'effort et du pronostic de patients porteurs de pathologies chroniques variées. Ces altérations peuvent trouver leurs origines dans des atteintes primaires de la fonction neuromusculaire et/ou des atteintes secondaires causées par exemple, par une diminution de l'activité spontanée favorisée par une pathologie chronique. Ainsi, la faiblesse et la fatigabilité musculaire sont des symptômes très fréquemment rapportés dans les maladies neuromusculaires (myopathies/neuropathies d'origine génétique ou acquise), les pathologies impliquant le système cardiovasculaire (insuffisance cardiaque) et/ou respiratoire (broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO)). Ces symptômes sont aussi fréquemment associés aux syndromes idiopathiques de douleurs chroniques accompagnées d'anomalies de la nociception (syndrome fibromyalgique). Le développement d'outils d'évaluation bien tolérés et fiables de la force, de l'endurance et de la fatigue neuromusculaire est d'une importance cruciale pour approfondir la compréhension des mécanismes physiopathologiques et pour disposer de critères de jugement de qualité dans le cadre d'études observationnelles et interventionnelles. Dans ce contexte, la stimulation artificielle électrique s'est révélée être un outil performant pour évaluer in situ la fonction musculaire chez l'humain au repos et au cours de l'exercice. Plus spécifiquement, la stimulation magnétique des troncs nerveux périphériques a montré des prédispositions intéressantes pour l'évaluation de la fonction des muscles locomoteurs et respiratoires dans le cadre clinique. Au cours de ce travail, nous avons développé des outils d'évaluation de la force, de l'endurance et de la fatigue neuromusculaire en utilisant la neurostimulation magnétique et des protocoles d'exercice potentiellement applicables chez le patient. Nous avons étudié leurs capacités à détecter des différences liées au sexe, l'âge et au statut d'entrainement. Dans un second temps, nous avons appliqué nos évaluations dans le cadre de maladies neuromusculaires et de syndromes douloureux chroniques. Chez le patient BPCO, nous avons étudié les phénomènes de fatigue des muscles respiratoires et locomoteurs, leur impact sur la réponse à l'effort ainsi que leurs relations entre eux et avec les symptômes perçus. Chez ces patients, nous avons recherché les effets d'un entraiment d'une prise en charge combinant un entrainement des muscles locomoteurs et un entrainement des muscles respiratoires sur ces paramètres. / Strength loss and enhanced neuromuscular fatigue are major contributing factors of impaired functional capacities, exercise tolerance and prognosis in patients with various chronic diseases. These alterations can rely on primary deficiencies of neuromuscular function and/or secondary impairments caused by decreased spontaneous physical activity promoted by a chronic disease. Consequently, muscle weakness and enhanced fatigability are frequently reported symptoms in neuromuscular (inherited or noninherited myopathies/neuropathies), cardiovascular (chronic cardiac failure) and respiratory diseases (chronic obstructive pulmonary disease (COPD)) and idiopathic painful syndromes associated with alteration of nociception (fibromyalgia syndrome). The development of reliable and well-tolerated evaluations of muscle strength, endurance and fatigue is of major interest to better understand the physiopathology of the diseases and to provide relevant outcomes for observational or interventional studies. Artificially muscular electrical stimulation has been recognized as a valuable tool for noninvasive assessments of neuromuscular function at rest and during exercise in human. Recently, magnetic stimulation showed interesting skills to assess both peripheral and respiratory muscles in the clinical field. During this work, we developed tools to assess muscle strength, endurance and fatigue using magnetic neurostimulation and exercise protocols usable in patients. We studied its ability to detect differences related to sex, age and training status. Then we used these procedures in neuromuscular diseases and fibromyalgia syndrome. In COPD patients, we assessed respiratory and locomotor muscle fatigue and studied how these phenomena impact on exercise response and perceived symptoms. In these patients, we also assessed the combined effects of locomotor and respiratory muscle training on these parameters.

La voie RhoA/Rho-kinases (ROCK) joue un rôle important dans la physiopathologie de l’hypertension pulmonaire (HTP) par son implication dans le dysfonctionnement endothélial, la constriction et le remodelage des vaisseaux pulmonaires. Selon les classifications internationales, la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et la pneumopathie infiltrante diffuse (PID) sont deux causes fréquentes d’HTP ayant en commun plusieurs mécanismes physiopathologiques dont le dysfonctionnement endothélial, le remodelage vasculaire et la fibrose parenchymateuse. Les objectifs de ce travail étaient d’étudier le rôle de la voie RhoA/ROCK dans la physiopathologie de la BPCO et de la PID avec ou sans HTP et de préciser les anomalies moléculaires liées à la perturbation de la signalisation de cette voie dans chacune de ces situations.Le dysfonctionnement endothélial est un événement essentiel dans l’initiation et la progression de la BPCO. L’activation de la voie RhoA/ROCK dans le dysfonctionnement endothélial systémique et pulmonaire a été mise en évidence chez les tabagiques avec ou sans BPCO. Les résultats de notre première étude montrent l’existence d’une activation de la voie RhoA/ROCK au niveau des artères pulmonaires chez les patients BPCO ayant un dysfonctionnement endothélial, et une corrélation entre l’activité de la RhoA et l’expression génique et l’activité de la NO synthase endothéliale (NOS-3).L’HTP est une complication grave des PID. Nous avons montré dans notre deuxième étude l’implication de la voie RhoA/ROCK dans la réponse inflammatoire et la fibrose pulmonaire (FP) dans un modèle murin de PID induite par injection intratrachéale de bléomycine (BLM). Nous avons ensuite testé l’effet préventif du fasudil, un inhibiteur des ROCK, sur l’apparition de la FP et l’HTP expérimentales induites par la BLM. Les résultats de cette deuxième étude montrent que la FP et l’HTP sont associées à une activation de la voie RhoA/ROCK dans ce modèle murin et que le fasudil inhibe la réponse inflammatoire, la FP et l’HTP, via l’inhibition de la phosphorylation de Smad2/3 de la voie de signalisation par le TGF-β1.La FP et l’HTP représentent deux causes principales de mortalité liée à la sclérodermie systémique (ScS). Nous avons étudié le rôle de la voie RhoA/ROCK dans la physiopathologie de la fibrose cutanée et l’atteinte pulmonaire dans un modèle murin de ScS induite par injection intradermique d’acide hypochloreux (HOCl). Les résultats de cette troisième étude montrent l’association entre la fibrose cutanée induite par l’HOCl et l’activation de la voie RhoA/ROCK au niveau de la peau, et l’effet préventif du fasudil sur la fibrose cutanée et pulmonaire, en partie via l’inhibition de la phosphorylation de Smad2/3 et de l’activation des protéines ERK1/2. Ces résultats suggèrent l’implication de la voie RhoA/ROCK dans la physiopathologie de la BPCO et de la PID avec ou sans HTP. La voie RhoA/ROCK pourrait de ce fait représenter une nouvelle cible thérapeutique dans la BPCO et la PID avec ou sans HTP.Mots-clés : RhoA, Rho-kinases, fasudil, BPCO, fibrose pulmonaire, hypertension pulmonaire. / The RhoA/Rho-kinases (ROCK) pathway plays a pivotal role in the pathophysiology of pulmonary hypertension (PH) as its abnormal activation leads to endothelial dysfunction, sustained vasoconstriction and pulmonary vascular remodeling. According to the international classification of PH, chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and interstitial lung disease (ILD) represent two main causes of PH associated with chronic respiratory diseases. These two causes have in common major pathophysiological mechanisms such as endothelial dysfunction, vascular remodeling and interstitial fibrosis. The aims of the present study were to investigate the role of the RhoA/ROCK pathway in the pathophysiology of lung vascular and interstitial injuries in COPD and ILD with or without development of PH, and to study the molecular mechanisms associated with regulation of the RhoA/ROCK pathway in each of these situations.The pulmonary endothelial dysfunction is an essential event in the initiation and progression of COPD. Although the role of the RhoA/Rho-kinase pathway in pulmonary endothelial dysfunction has been demonstrated in smokers with normal lung function, little is known about its role in patients with COPD. The results of our first study demonstrated an increase in RhoA and ROCK activity in pulmonary arteries of patients with COPD, simultaneously with an altered pulmonary endothelial-dependent vasodilation. The increased RhoA activity in patients with COPD was correlated with an impairment of the gene expression and activity of endothelial NO synthase (eNOS).PH associated with pulmonary fibrosis (PF) considerably worsens prognosis of ILD. The results of our second study showed an activation of the RhoA/ROCK pathway in lung tissues of mice intoxicated by intratracheal instillation of bleomycin (BLM). BLM induced severe PF and PH in mice, associated with an increased RhoA and ROCK activity in the lung. We further demonstrated that long-term treatment with fasudil, a selective ROCK inhibitor, reduced BLM-induced lung inflammation, lung fibrosis and PH in mice, at least in part, via inhibition of Smad2/3 phosphorylation in TGF-β1 signaling.PF and PH represent two leading causes of death in patients with systemic sclerosis (SSc). In our third study, we investigated the role of the RhoA/ROCK pathway in the pathophysiology of skin fibrosis and lung injuries in a murine model of SSc induced by intradermal injection of hypochlorous acid (HOCl). We demonstrated that HOCl-induced skin fibrosis was associated with an activation of the RhoA/ROCK pathway in the fibrotic skin, and that long-term treatment with fasudil reduced both skin and lung fibrosis through inhibition of the phosphorylation of Smad2/3 and ERK1/2 in the fibrotic skin.These results suggest the implications of the RhoA/ROCK pathway in the pathophysiology of lung vascular and interstitial injuries in COPD and ILD with and without development of PH. The RhoA/ROCK pathway might be a promising therapeutic target for patients with COPD or ILD with and without PH.

Cette thèse présente nos travaux sur la prévention, le dépistage, le diagnostic précoce, et traitement du cancer broncho-pulmonaire (CBP) chez les personnes vivant avec le VIH (PVVIH). La finalité de cette synthèse est d’améliorer la prise en charge des PVVIH atteint de ce cancer, mais aussi de développer des axes de recherche après une évaluation rigoureuse de la bibliographie. Nos recherches soulignent tout d’abord que la prise en charge thérapeutique des PVVIH atteintes d’un CBP doit être identique à celle de la population générale, l’infection par le VIH ne constituant finalement qu’une comorbidité supplémentaire. Toutefois, une spécificité de la prise en charge de ce cancer chez les PVVIH est la survenue de complications potentiellement létales secondaires aux interactions et effets toxiques additifs entre les antirétroviraux et les médicaments cytotoxiques. Ce danger nécessite une bonne coordination des équipes oncologiques et infectiologiques, probablement par le biais de réunions de concertation pluridisciplinaires spécifiques, ainsi qu’une bonne connaissance des pharmacocinétiques et pharmacodynamies des produits administrés.Notre étude ANRS EP48 HIV CHEST, qui était une étude transversale multicentrique, a inclus 442 PVVIH à risque de développer un CBP, en raison (principalement) d’un tabagisme > 20 paquets-années, un âge > 40 ans, ainsi qu’un nadir en lymphocytes TCD4 < 350 cellules/ µl. Cette étude a rempli son objectif principal, qui était de démontrer la faisabilité du dépistage du CBP chez les PVVIH en France par TDM thoracique. Le diagnostic d’un nombre important de CBP de stades localisés, et donc guérissables, apporte probablement un bénéfice essentiel aux patients inclus. Le fait qu’aucune complication grave n’ait été engendrée par les explorations diagnostiques, et que la prévalence de nodules significatifs soit dans l’intervalle des résultats d’études en population générale, sont des éléments rassurants. Nos travaux, ainsi que d’autres données de la littérature de prévalence de ce cancer en fonction des âges, font apparaître que l’âge limite de dépistage par TDM faible dose pourrait être de 45 ans chez les PVVIH. Comme en population générale, l’apport du TDM thoracique ne se limite pas au diagnostic de CBP. Il permet d’augmenter l’efficacité du diagnostic précoce de comorbidités ayant un impact sur la qualité de vie et/ou la survie par : 1) le diagnostic des tassements vertébraux, pour la majorité asymptomatique, en rapport avec une prévalence élevée de l’ostéoporose fracturaire dans cette population, 2) l’évaluation de l’emphysème et de la bronchiolite du fumeur, 3) une estimation des calcifications coronaires, qui est associée aux événements cardio-vasculaires. Ce travail a également pour intérêt d’illustrer l’épidémiologie des complications actuelles des PVVIH sous traitement antirétroviral efficace et exposées à une intoxication tabagique. La BPCO, l’emphysème, le CBP, l’athérosclérose coronaire ont une prévalence élevée dans cette population et sont des enjeux importants de santé. Cette épidémiologie rapproche la population des PVVIH de la population générale mais avec des particularités liées, aux antécédents de déficit immunitaire et de traitements antirétroviraux toxiques, et à la prévalence plus élevée des comportements à risque. Pour certaines complications cependant (emphysème, bronchiolite, score calcique), l’absence d’association avec les variables immuno-virologiques souligne la primauté des facteurs comportementaux dans la survenue de ces complications. Ainsi, l’ensemble de ces travaux qui s’articulent principalement autour de l’étude ANRS EP48 HIV CHEST souligne que la réduction des risques liée aux facteurs d’exposition (tabagisme surtout, et probablement cannabis) est une priorité chez les PVVIH à l’ère des combinaisons antirétrovirales. / This thesis is an analysis of our on-going or published works on the theme of prevention, early diagnosis, screening, and treatment of subjects living with HIV with lung cancer. The ultimate objective of this work is to improve care and prevention of lung cancer in people living with HIV (PLWHIV), and to promote research in lung cancer in this population. Our work underscores that lung cancer treatment in PLWHIV should be identical to treatments administered for lung cancer in the general population. HIV is an additional comorbidity to be taken into account, but never a contraindication for optimal therapy. However, there exist specificities in management of PLWHIV with lung cancer, including the propensity for drug-to-drug interactions and additive toxicity between cytotoxic compounds for chemotherapy and antiretroviral therapy, with potentially lethal effects. Managing these toxicities implies optimal cooperation between oncologists and specialists in HIV, as well as good knowledge of pharmacokinetics and pharmacodynamics of these different compounds.The ANRS EP48 HIV CHEST Study in a cross-sectional, multicentre study, which included 442 subjects at lung cancer risk, primarily due to their age (> 40 years), smoking hazard (> 20 pack-years), as well as a CD4 cell nadir count < 350 cells/µl. This study showed feasibility of lung cancer screening with chest Computed Tomography (CT) in PLWHIV. The early diagnosis of localized lung cancers, potentially curable, suggests clinical benefits for most participants with cancer. Also, the facts that no serious adverse events occurred with invasive diagnostic procedures and that the prevalence of positive nodules was in the range of those found in lung cancer screening studies in the general population are reassuring. Also, our work, combined with data from previous epidemiological studies, support a lower age limit for screening lung cancer with chest CT in PLWHIV at risk than in the general population, starting as early as 45 years. As in the general population, the impact of lung cancer screening with chest CT is not limited to the diagnosis of early stage lung cancers. The diagnosis of other morbidities, such as vertebral fractures, generally asymptomatic, emphysema, bronchiolitis, and coronary calcifications, have a probable positive impact on quality of life and a benefit in survival if managed adequately. Our works also illustrate the epidemiology of complications in PLWHIV under antiretroviral therapy and exposed to smoking hazards. Chronic obstructive pulmonary diseases, emphysema, lung cancer, coronary atherosclerosis have high prevalence in this subpopulation of PLWHIV. The epidemiology of these emerging morbidities is close to the epidemiology in the smoking general population, but specificities exist, due to the presence of chronic immunodeficiency, antiretroviral toxicities, and an increased prevalence of behavioural risks in PLWHIV in comparison with the general population. However, some complications are not associated with HIV-related and immunological factors, such as prevalence of emphysema, coronary calcifications, and bronchiolitis, underscoring the major impact of behavioural hazards in the occurrence of these complications.Taken together, our work highlights the importance of reducing health hazards in PLWHIV, primarily smoking and probably cannabis, to reduce the emergence of these new life-threatening morbidities in the era of highly active antiretroviral therapy.

Nous ne sommes plus autorisés à parler de la BPCO comme d'une simple maladie respiratoire mais plutôt comme une maladie générale. Parmi les atteintes systémiques, la dysfonction musculaire apparaît comme un facteur clé dans la physiopathologie de la BPCO car elle domine l'évolution de la maladie. Par ailleurs, le mystère autour de l'origine exacte de cette dysfonction reste encore entier. Il est maintenant bien établi qu'au cours des épisodes d'exacerbations, la dysfonction musculaire atteint son paroxysme, de plus en absence d'accompagnement musculaire spécifique la récupération est quasi nulle. Ainsi, les objectifs de ce travail de thèse ont étés la compréhension des mécanismes impliqués, d'une part, dans la dysfonction musculaire périphérique des patients BPCO stables et instables (après épisode d'exacerbation) et, d'autre part, dans l'amélioration de la fonction musculaire après différents programmes de réentraînements à l'effort. Dans le cadre de notre première étude, nous avons rapporté que l'oxydation des protéines, plus particulièrement les protéines mitochondriales était plus élevée dans le quadriceps des patients avec une BPCO stable. De plus, nous avons montré que les épisodes d'exacerbations sont associés à une augmentation de l'oxydation des protéines, au niveau mitochondriales et contractiles, corrélée à une dysfonction musculaire. Dans un second temps, nous avons envisagé un réentrainement par électrostimulation chez les patients en cours d'exacerbation et un réentrainement individualisé au seuil ventilatoire (intensité modérée) pour les patients cliniquement stables. Nos résultats indiquent que les deux programmes d'entraînement proposés préviennent le stress oxydant musculaire et améliorent la fonction musculaire périphérique chez les patients BPCO. Cependant, les adaptations mitochondriales restent limitées chez les patients BPCO stables comparativement aux sujets contrôles. En conclusion, nos résultats montrent que les protéines contractiles et mitochondriales sont la cible d'une augmentation du stress oxydant musculaire particulièrement au cours d'une exacerbation. Par ailleurs, des programmes de réentraînement adaptés à la sévérité de la fonction musculaire préviennent les dommages liés au stress oxydant musculaire et contribuent à l'amélioration de la fonction musculaire périphérique. Ainsi, nous pensons que nos résultats pourront probablement favoriser l'amélioration de la prescription du réentraînement à l'effort chez les patients BPCO. / We are no longer allowed to consider COPD as a simple respiratory disease but rather as a systemic disease. Among the systemic effects, muscle dysfunction appears to be a key factor in the pathogenesis of COPD because it strongly influences how the disease will progress. However, the exact origin of muscle dysfunction is still unknown. It is acknowledged that during COPD exacerbations muscle dysfunction is worsened and that, in the absence of post-exacerbation muscle training, recovery is slow and partial. Thus, the objectives of this thesis were first to try to understand the cellular mechanisms involved in the peripheral muscle dysfunction in patients with stable and unstable (after exacerbations) COPD and, then, to assess different programs of physical training to improve muscle function in such patients.Concerning the identification of the mechanisms underlying peripheral muscle dysfunction, we found that protein oxidation, particularly mitochondrial protein oxidation, is higher in the quadriceps of patients with stable COPD than in control subjects. In addition, we have shown that COPD exacerbations are associated with increased muscle oxidative damage of mitochondrial and contractile proteins that is correlated with the level of muscle dysfunction. We then assessed a training protocol using neuromuscular electrostimulation for patients during COPD exacerbation and a training program of moderate intensity (ventilatory threshold) for clinically stable patients. Our results indicate that the two training programs prevent oxidative stress and improve muscle function in COPD patients. However, mitochondrial adaptation is limited in patients with stable COPD compared with controls. In conclusion, our results show that contractile and mitochondrial proteins are the target of increased oxidative stress particularly during COPD exacerbation. However, training programs tailored to the severity of muscle dysfunction can prevent further oxidative damage and contribute to improving muscle function. Our findings might help improving the choice of training programs for patients with COPD.

Introduction : Chez les malades porteurs d’une broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) modérée à sévère, l’hypoxie induit à la fois une augmentation du tonus vasculaire pulmonaire et la survenue d’un remodelage tissulaire touchant les trois tuniques des vaisseaux pulmonaires. Des données récentes montraient que la voie RhoA/Rho-kinase était impliquée dans le dysfonctionnement endothélial et dans la vasoconstriction induite par l’endothéline-1 (ET-1) chez les sujets tabagiques et les patients porteurs d’une hyperension artérielle pulmonaire (HTAP). Objectifs : Le but de ce travail était de clarifier le rôle de la voie RhoA/Rho-kinase dans la vasodilatation pulmonaire dépendante de l’endothélium et la vasoconstriction pulmonaire induite par l’ET-1, ainsi que les différents niveaux d’interaction entre la voie RhoA/Rho-kinase et celle de la NO synthase endothéliale (NOS-3) chez les patients BPCO post-tabagiques. Matériels et Méthodes : Les prélèvements d’artères pulmonaires et de tissus pulmonaire provenaient des patients porteurs d’un cancer broncho-pulmonaire, opérés pour une lobectomie ou pneumonectomie. L’expression protéique de la NOS-3, des récepteurs de l’ET-1 (ET-A et ET-B), des Rho-kinases (ROCK- 1 et ROCK-2), de la petite protéine G RhoA (sous sa forme activée, liée au GTP, ou sous sa forme inactivée), et de la forme phosphorylée de la sous-unité pMYPT-1 ont été évaluées par immunohistochimie, western blot, et immunoprécipitation. Les activités enzymatiques de la NO synthase et de la Rho-kinase, ainsi que la concentration du GMPc ont été mesurées par la méthode Elisa. L’expression des ARNm de l’ET-1, ET-A, et ET-B a été quantifiée par RT-PCR. Résultats : La relaxation dépendante de l’endothélium des vaisseaux pulmonaires était nettement réduite chez les BPCO par rapport aux témoins (P < 0,05). De façon plus surprenante, nous avions retrouvé la même différence significative entre le groupe témoin et le groupe des patients tabagiques sans TVO. La vasoconstriction pulmonaire en réponse à l’ET-1 était augmentée chez les patients BPCO par rapport aux deux autres groupes (P < 0,05). L’expression protéique de la NOS-3 ainsi que les expressions en ARNm de l’ET-1 et des récepteurs ET-A et ET-B n’étaient pas significativement différentes entre les trois groupes (P > 0,05). L’expression de la RhoA-GTP, ROCK-1, ROCK-2, et pMYPT-1 était augmentée chez les patients BPCO mais également chez les fumeurs sans TVO (P < 0,01 et P < 0,05). L’activité de la NOS-3 était diminuée chez les BPCO avec et sans hypoxémie (P < 0,01, P < 0,05). La concentration du GMPc dans les tissus pulmonaires et dans les artères pulmonaires était diminuée de façon parallèle chez les patients BPCO hypoxémiques par rapport aux BPCO non-hypoxémiques. En revanche, l’activité des Rho-kinases n’était augmentée que chez les patients BPCO (P < 0,001) et ne semblait pas être augmentée chez les fumeurs sans TVO par rapport aux témoins. Conclusion : Notre étude a montré que la voie de signalisation RhoA/Rho-kinase module la fonction endothéliale en diminuant l’expression et l’activité de la NO synthase et en favorisant l’effet de l’ET-1, ce qui aboutit à une augmentation du tonus vasculaire pulmonaire des patients porteurs d’une BPCO post-tabagique mais également chez des fumeurs sans TVO / Background : In patients with moderate to severe chronic obstructive pulmonary disease (COPD), hypoxia induces an increase of pulmonary vascular tonus and vascular remodeling. Recent data showed that RhoA/Rho-kinase pathway had been involved in endothelial dysfunction and vasoconstriction induced by endothelin-1 (ET-1) in smokers and in patients with pulmonary hypertension (PA). Objective : The aims of study were to clarify the role of RhoA/Rho-kinase pathway in pulmonary vasodilatation endothelium dependent and the interaction between Rho-A/Rho-kinase and endothelial NOS (NOS-3) signalization in cigarette smoke-induced COPD patients. Material and Methods : Lung tissues and pulmonary arteries from patients with broncho-pulmonary cancer, operated for lobectomy or pneumonectomy. Protein expression of NOS-3, ET-1 receptors (ET-A and ET-B), Rho-kinase (ROCK-1 and ROCK-2), a small protein G RhoA (active form combined to GTP or inactive forme), and phosphorylated form of pMYPT-1 subunit had been evaluated by immunohistochemistry, western blot, and pull-down assay. Enzyme activity of NO synthase, Rho-kinase, and the concentration of cGMP had been measured by Elisa. mRNA expression had been quantified by RT-PCR. Results : Endothelium-dependent relaxation of pulmonary vessels was clearly reduced in COPD patients in comparison with control subjects (P < 0.05). Surprisingly, we founded the significant difference of relaxation between smokers without airflow obstruction and control subjects. Pulmonary vasoconstriction in response to ET-1 was increased in COPD patients as compared to two other groups (P < 0.05). Protein expression of NOS-3 and mRNA expression of ET-1 and ET-A/ET-B receptors were not significant different between three groups (P > 0.05). Expression of GTP-Rho-A, ROCK-1, ROCK-2, and pMYPT-1 were increased in COPD and in smokers without airway obstruction (P < 0.01 and P < 0.05). NOS-3 activity was reduced in COPD patients with and without hypoxemia (P < 0.01 and P < 0.05). The concentration of cGMP in lung tissues and pulmonary arteries were reduced in hypoxemic COPD patients in comparison with non-hypoxemic COPD patients. Whereas, Rho-kinase activity had been increased predominantly in COPD patients (P < 0.001) than in smokers without COPD as compared to control subjects. Conclusion : The present study showed that RhoA/Rho-kinase pathway modulated the endothelial function by decreasing the expression and activity of NO synthase. It facilitated the effect of ET-1 in pulmonary vasoconstriction. These phenomena produced an increase of pulmonary vascular tonus in cigarette smoke-induced COPD and in smokers without airway obstruction

L’étude des marqueurs biologiques dans la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) et l'asthme, deux maladies respiratoires chroniques affectant des millions de personnes dans le monde, pourrait améliorer leur diagnostic, leur traitement et leur prévention.Cette thèse comprend deux parties. La première visait à évaluer l'association entre un marqueur spécifique des poumons, la protéine surfactant D (SP-D) sérique, et la BPCO, et à trouver un seuil de SP-D capable de discriminer les patients BPCO des témoins. Elle a été réalisée dans le cadre d’une étude cas-témoin au Liban incluant des patients BPCO (n=90), des asthmatiques (n=124) et des témoins (n=180). La deuxième partie visait à évaluer les associations chez les adultes des marqueurs de l’inflammation systémique (protéine C-réactive ultra-sensible, hs-CRP (n=252), et des cytokines (n=283)) et des marqueurs de dommages dus au stress oxydant (8-isoprostanes 8-IsoPs (n=258) du condensat de l’air exhalé) avec les phénotypes de l’asthme.Elle a été réalisée dans le cadre de l'étude épidémiologique longitudinale Française des facteurs génétiques et environnementaux de l'asthme (EGEA).Les résultats ont montré que les niveaux de SP-D sériques étaient associés positivement avec la BPCO et des seuils des niveaux de SP-D chez ces patients ont été identifiés avec d'excellentes valeurs discriminantes. Dans EGEA, aucune association n'a été trouvée entre les niveaux de hs-CRP sériques et le contrôle de l’asthme. Des profils de cytokines sériques (identifiés par analyse en composante principale) avec des niveaux élevés d’interleukine(IL)-1Ra et d’IL-10 ont été associés avec moins de crises d'asthme et un risque plus faible d'un mauvais contrôle de l'asthme sept ans plus tard. Les résultats des analyses préliminaires sur les associations entre les niveaux de 8-IsoPs et les phénotypes de l'asthme sont également présentés.Globalement, ces résultats ont montré l'utilité d'étudier les marqueurs biologiques en lien avec la BPCO et l'asthme. / Studying the biological markers in chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and asthma, two chronic respiratory diseases affecting millions of individuals around the world, could improve their diagnosis, their treatment and their prevention.This thesis includes two parts. The first aimed to assess the association between a lung-specific biomarker, serum Surfactant Protein D (SP-D), and COPD, and to find cut-off points able to discriminate COPD patients from controls using SP-D levels. It was performed in a case-control study in Lebanon including COPD (n=90) and asthma patients (n=124) and controls (n=180). The second part aimed to assess the cross-sectional and longitudinal associations in adults for systemic inflammatory biomarkers (high sensitivity C reactive protein hs-CRP (n=252) and cytokines (n=283) as well as biomarkers of damage due to oxidative stress (8-Isoprostanes 8-IsoPs (n=258) from the exhaled breath condensate) and asthma outcomes.It was performed in the French longitudinal epidemiological study on the genetics and environmental factors of asthma (EGEA).Results showed that serum SP-D levels were positively associated with COPD and thresholds for SP-D levels in these patients were identified with excellent discriminant values. In EGEA, no association was found between serum hs-CRP levels and asthma control. Serum cytokine profiles (identified by principal component analysis) with high levels of interleukin (IL)-1Ra and IL-10 were associated with less asthma attacks and lower risk of poor asthma control in adults seven years later. The results of the preliminary analyses on the associations between the levels of 8-IsoPs and asthma outcomes are also presented.Overall, these results have shown the usefulness of studying the biological markers related to COPD and asthma.

Le remodelage des voies aériennes est un phénomène mal connu, dont le rôle est central dans la sévérité des maladies broncho-pulmonaires obstructives chroniques telles que l’asthme et la broncho-pneumopathie obstructive chronique (BPCO). La recherche est nécessaire pour comprendre les mécanismes et les conséquences fonctionnelles, qui diffèrent dans ces deux maladies. L’imagerie a le potentiel de pouvoir évaluer de façon non-invasive, in vivo, les mécanismes mis en oeuvre dans ces maladies tandis que la recherche de marqueurs pertinents est une nécessité. Dans l’asthme, chez l’animal, nous avons évalué la densité péribronchique dans des modèles murins de sensibilisation allergique. Ce marqueur a été démontré comme étant un reflet du remodelage des voies aériennes et pourrait être utilisé dans des études précliniques. Chez l’homme, nous avons d’abord optimisé les performances d’un logiciel de segmentation 3D des volumes bronchiques, en termes d’automatisation, détection de bronches distales et squelettisation. Ce logiciel a été appliqué lors d’une étude thérapeutique en double aveugle versus placebo pour évaluer l’effet du gallopamil dans l’asthme sévère. Nos résultats montrent que le remodelage musculaire lisse est une composante clé du remodelage dans l’asthme, et que le TDM quantitatif permet d’évaluer les effets de molécules lors d’essais cliniques. Dans la BPCO, nous avons mis en évidence à l’aide de la TDM quantitative que le remodelage bronchique est impliqué dans une complication particulière qui n’est pas mise en oeuvre dans l’asthme, à savoir le développement d’une hypertension artérielle pulmonaire. D’autre part, nous avons montré que la mesure automatique des petits vaisseaux permet une analyse complémentaire et supporte l’hypothèse d’un phénotype distinct de BPCO associé à une maladie vasculaire. Enfin l’IRM pulmonaire reste un challenge pour l’imagerie du fait de la faible teneur en protons et des mouvements cardiaque et respiratoire. Nous avons testé et optimisé une nouvelle séquence permettant d’obtenir des imageries de qualité très proches de celles du TDM. Ces résultats ouvrent des perspectives sur l’imagerie non irradiante des maladies broncho-pulmonaires chroniques par IRM. / Airway remodeling is a critical outcome in broncho-pulmonary obstructive disorders such as asthma, COPD and cystic fibrosis. Research is needed in order to better understand the pathophysiological process underlying these different diseases, as well as their functional significance and consesquences in vivo. Imaging allows non-invasive and quantitative assessment of the remodeling process in vivo. In asthma, we have assessed the value of peribronchial density using microCT in murine models of ovalbumine sensitization. This novel biomarker was shown to relate with remodeling than inflammation of airways and could be used in preclinical studies. In humans, we first optimized an existing chain of post treatment in order to segment in 3 dimensions bronchi volumes in order to improve automation, detection and skeletonization. The software was applied in a prospective randomized double-blinded study in severe asthma, in order to test the effect of a new therapeutic anticalcic agent. Results showed that the software enables a non-invasive assessment of airway smooth muscle remodeling in severe asthma during therapeutic studies. In COPD, we have shown that quantitative CT is able to unravel new complex mechanisms that are involved in COPD but not in asthma, i.e. the development of pulmonary hypertension. CT measurements of small vessels were also shown to add complementary information on COPD phenotypes, supporting the existence of distinct subtypes of COPD related to a vascular rather than a broncho-pulmonary disease. Finally, lung MRI is still a challenging field of investigation, owing to the very low proton density of bronchi, the presence of movement artifact. We have tested and optimized an innovative sequence combined with respiratory synchronization in order to get images in close agreement with CT. Perspectives related to this novel non-invasive, quantitative and radiation-free imaging technique are promising in the evaluation of broncho-pulmonary obstructive diseases.

La diminution de la force et l'exacerbation de la fatigue neuromusculaire sont fortement impliquées dans l'altération des capacités fonctionnelles, de la tolérance à l'effort et du pronostic de patients porteurs de pathologies chroniques variées. Ces altérations peuvent trouver leurs origines dans des atteintes primaires de la fonction neuromusculaire et/ou des atteintes secondaires causées par exemple, par une diminution de l'activité spontanée favorisée par une pathologie chronique. Ainsi, la faiblesse et la fatigabilité musculaire sont des symptômes très fréquemment rapportés dans les maladies neuromusculaires (myopathies/neuropathies d'origine génétique ou acquise), les pathologies impliquant le système cardiovasculaire (insuffisance cardiaque) et/ou respiratoire (broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO)). Ces symptômes sont aussi fréquemment associés aux syndromes idiopathiques de douleurs chroniques accompagnées d'anomalies de la nociception (syndrome fibromyalgique). Le développement d'outils d'évaluation bien tolérés et fiables de la force, de l'endurance et de la fatigue neuromusculaire est d'une importance cruciale pour approfondir la compréhension des mécanismes physiopathologiques et pour disposer de critères de jugement de qualité dans le cadre d'études observationnelles et interventionnelles. Dans ce contexte, la stimulation artificielle électrique s'est révélée être un outil performant pour évaluer in situ la fonction musculaire chez l'humain au repos et au cours de l'exercice. Plus spécifiquement, la stimulation magnétique des troncs nerveux périphériques a montré des prédispositions intéressantes pour l'évaluation de la fonction des muscles locomoteurs et respiratoires dans le cadre clinique. Au cours de ce travail, nous avons développé des outils d'évaluation de la force, de l'endurance et de la fatigue neuromusculaire en utilisant la neurostimulation magnétique et des protocoles d'exercice potentiellement applicables chez le patient. Nous avons étudié leurs capacités à détecter des différences liées au sexe, l'âge et au statut d'entrainement. Dans un second temps, nous avons appliqué nos évaluations dans le cadre de maladies neuromusculaires et de syndromes douloureux chroniques. Chez le patient BPCO, nous avons étudié les phénomènes de fatigue des muscles respiratoires et locomoteurs, leur impact sur la réponse à l'effort ainsi que leurs relations entre eux et avec les symptômes perçus. Chez ces patients, nous avons recherché les effets d'un entraiment d'une prise en charge combinant un entrainement des muscles locomoteurs et un entrainement des muscles respiratoires sur ces paramètres.

Dans la recherche de nouveaux traitements des maladies broncho-pulmonaires comme l'asthme et la broncho-pneumopathie chronique obstructive, les inhibiteurs de PDE4 sont des cibles intéressantes. Dans cette voie, notre laboratoire s'intéresse à la synthèse d'une nouvelle famille d'inhibiteurs à base pyridazinone. Pour cela, cette thèse couple la modélisation moléculaire (docking : développement méthodologique et application), la synthèse organique ainsi que des tests biologiques.Dans un premier temps, le développement du logiciel d'amarrage moléculaire AlgoGen a été poursuivi. AlgoGen (créé initialement à l'université de Lorraine en 2009) est un logiciel qui couple un algorithme génétique pour la recherche conformationnelle à une évaluation de l'énergie protéine-ligand à un niveau quantique semi-empirique alors que les autres logiciels existant effectuent ce calcul à un niveau classique en général. Le calcul d'une énergie à un niveau quantique est très coûteux en temps. C'est pourquoi, nous avons apporté de nombreuses modifications à ce logiciel afin d'accroître son efficacité dans la recherche conformationnelle. Ce logiciel a ensuite été utilisé sur un jeu de 22 dimères (typiques des reconnaissances moléculaires biologiques) et à huit systèmes protéine-ligand.Dans un deuxième temps, huit inhibiteurs ont été synthétisés et testés in vitro sur la cible PDE4. Pour compléter ce volet expérimental, une étude de structure-activité a été effectuée grâce au docking moléculaire (AlgoGen, Autodock, Glide) pour rationaliser les activités mesurées (IC50). Pour terminer, des pharmaco-modulations guidées par docking ont été réalisées afin de proposer de nouveaux inhibiteurs de plus grandes affinités avec la protéine PDE4D. / For the research of new treatment of bronchopulmonary diseases such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD), the PDE4 inhibitors are an attractive target. Our laboratory is interested in a new PDE4 inhibitors family based on the pyridazinone pattern. For this purpose, this thesis couples molecular modeling (docking: methodological development and application), organic synthesis and biological tests.First, the development of the molecular docking software AlgoGen was continued. AlgoGen (initially created at university of Lorraine in 2009) is a program which couples a genetic algorithm for the conformational research and a protein-ligand energy evaluation at the quantum semi-empirical level while other software do this evaluation at a classical level. Quantum energy calculations are very time consuming. That is the reason why some modifications have been made to improve its efficiency for the conformational search. This software was then used for calculations on a set of 22 dimers (typical in biological molecular recognition) as well on 8 ligand-protein complexes.Secondly, eight inhibitors were synthesized and tested in vitro on the PDE4 target. To complete the experimental part, a structure-activity relationship study was carried out through a molecular docking to rationalize the measured activity (IC50). Finally, pharmaco-modulations guided by docking were made to propose new inhibitors with more affinity with the protein.

Les m?canismes de l?emphys?me pulmonaire, caract?ris? par la destruction des alv?oles pulmonaire, sont incompl?tement connus. L?hypoth?se d?fendue par cette th?se est qu?une alt?ration des syst?mes d?alv?olog?n?se et de r?paration alv?olaire port?s par les fibroblastes pulmonaires contribue au d?veloppement des l?sions au cours de cette maladie. Les travaux pr?sent?s ici ont permis d??tablir que les fibroblastes pulmonaires cultiv?s in vitro ? partir de poumon emphys?mateux pr?sentaient un ph?notype alt?r? dans le sens d?une perte de leur capacit? ? participer ? la r?g?n?ration et ? la r?paration des alv?oles : Ces cellules s?cr?taient ? un niveau faible ou non stimulable le Hepatocyte Growth Factor et le Keratinocyte Growth Factor (KGF), qui ciblent les cellules ?pith?liales et endoth?liales de l?alv?ole. De plus, l?expression par ces cellules de l??lastine, le composant majeur de la matrice extracellulaire pulmonaire, n??tait pas induite par l?acide tout-trans r?tino?que, stimulus central de l?alv?olog?n?se, du fait d?une faible expression de Cellular Retinoic Acid Binding Protein 2 (CRABP2). Le r?le du KGF dans l?hom?ostasie de l?alv?ole a ?t? d?montr? dans le mod?le d?emphys?me induit par l??lastase in vivo : Les souris trait?es par le KGF avant l?instillation d??lastase ?taient prot?g?es de l?emphys?me. Les souris dont le g?ne de CRABP2 ?tait inactiv? de fa?on globale n??taient pas sensibilis?es vis-?-vis de l?emphys?me dans ce mod?le. Les donn?es physiopathologiques pr?sent?es dans ce m?moire pourraient contribuer ? l?identification de nouvelles cibles th?rapeutiques pour l?emphys?me. / The mechanisms of pulmonary emphysema, characterized by the destruction of alveolar walls, remain incompletely understood. Our hypothesis is that a deficiency in fibroblast-borne alveolar repair systems accounts partly for the constitution of lesions in this disease. In our experiments, we show that fibroblasts isolated in vitro from human emphysematous lung express the Hepatocyte Growth Factor and the Keratinocyte Growth Factor (KGF), which target alveolar epithelial and endothelial cells, at low or unstimulable levels. Additionally, emphysema fibroblasts did not increase their expression of elastin, the main component of the pulmonary extracellular matrix, in response to retinoic acid, due to a low expression of Cellular Retinoic Acid Binding Protein 2 (CRABP2). The role of KGF In alveolar homeostasis was demonstrated in vivo in the elastase-induced emphysema model: Mice treated with KGF before elastase instillation were protected against emphysema. CRABP2- knockout mice were not protected against emphysema in this model. Our pathophysiological data may help in the identification of novel therapeutic targets for emphysema.