L’athérosclérose est un important facteur de risque des maladies cardiovasculaires ischémiques. Cette pathologie est caractérisée par la formation de plaques lipidiques dans l’intima des vaisseaux sanguins. Le récepteur éboueur cluster de differentiation-36 (CD36) est impliqué dans l’internalisation et l’accumulation de lipoprotéines au sein des macrophages qui vont devenir des cellules spumeuses, ce qui est à l’origine de la formation de lésions athérosclérotiques. Notre hypothèse est que les azapeptides, dérivés du peptide de relâche de l’hormone de croissance 6 (GHRP-6), vont interférer avec l’internalisation des lipoprotéines par les macrophages et ainsi réduire la progression des lésions. Nous avons utilisé des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoe-/-) qui ont été traitées quotidiennement par une injection sous-cutanée de 300 nmol/kg de MPE-001 ou de MPE-003. Les effets des azapeptides ont été étudiés sous deux régimes alimentaires, soit le maintien d’une diète enrichie en lipides et en cholestérol (HFHC) pendant la durée de l’étude, ou par une diète HFHC suivie d’une diète normale pendant la période de traitement. Nos résultats montrent que les azapeptides ont réduit la progression des lésions à différents sites aortiques et artériels et induit leur régression au niveau des sinus aortiques du coeur. Ces effets ont été associés à une diminution de médiateurs pro-inflammatoires au niveau plasmatique et à une augmentation des marqueurs caractéristiques des macrophages anti-inflammatoires (M2). Nos travaux ont montré que l’effet athéroprotecteur des azapeptides dépend de la présence du récepteur CD36. Ces résultats appuient le développement de ligands sélectifs du récepteur CD36 dans le traitement de l’athérosclérose. / Atherosclerosis is an important risk factor for the development of ischemic heart disease. This pathology is characterized by the formation of lipid plaques in the intima of the blood vessels. The receptor cluster of differentiation 36 (CD36) is involved in the internalization and retention of lipoproteins within macrophages that will become foam cells, which induce the formation of atherosclerotic lesions. Our hypothesis is that azapeptides, derived from growth hormone release peptide-6 (GHRP-6), will interfere with the internalization of lipoproteins by macrophages and thereby reduce the progression of lesions. We used apolipoprotein E-deficient mice (apoe-/-) which were treated daily with a subcutaneous injection of 300 nmol / kg of MPE-001 or MPE-003. The effects of azapeptides were studied under two diets regimen, the mice were either maintained under a diet enriched in fat and cholesterol (HFHC) for the duration of the study or were given a HFHC diet followed by a normal diet during the treatment period. Our results show that azapeptides reduced the progression of lesions at different aortic and arterial sites and induced their regression in the aortic sinuses of the heart. These effects have been associated with a decrease in pro-inflammatory mediators in plasma and an increase in markers characteristic of anti-inflammatory macrophages (M2). Our work has shown that the atheroprotective effect of azapeptides depends on the presence of the CD36 receptor. These results support the development of selective ligands for the CD36 receptor in the treatment of atherosclerosis.

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The global prevalence of chronic kidney disease (CKD) has risen at an accelerating rate, increasing the global healthcare burden for long-term and chronic care costs. Multiple risk factors including hypertension, diabetes, and dyslipidemia synergistically induce the progression of CKD. Chief among these factors are dyslipidemia and obesity; increased free fatty acid uptake due to excess consumption of lipid-rich diets has been shown to promote intra-renal lipid accumulation in several in vivo models and in patients in various stages of CKD. Furthermore, patients with renal disease are also at a substantially higher risk for atherosclerotic cardiovascular disease (CVD). In the general population, as well as in patients with renal disease, circulating low-density lipoprotein cholesterol (LDLc) is a well-established driver of atherosclerotic lesion development and CVD progression. In 2003, the proprotein convertase subtilisin/kexin type-9 (PCSK9) was identified as the third locus of familial hypercholesterolemia and was further characterized for its ability to enhance the degradation of the low-density lipoprotein receptor (LDLR). Since this seminal discovery, the development of monoclonal antibodies targeted against PCSK9 demonstrated a significant reduction in LDLc and subsequent CVD risk, establishing the remarkable ‘bench to bedside’ transition. However, the inherent role of PCSK9 in regulating lipid homeostasis remained unknown in different pathological conditions. In the first chapter of my thesis, I demonstrate that PCSK9 regulates the LDLR as a feedback mechanism to protect against non-alcoholic steatohepatitis (NASH) progression induced by a high-fat diet (HFD) challenge. Since its seminal discovery, PCSK9 was also characterized to modulate a wide variety of receptors known to play a crucial role in lipid metabolism including the cluster of differentiation 36 (CD36), the very low-density lipoprotein receptor (VLDLR), and the apolipoprotein E receptor 2 (ApoER2). Previously, we have demonstrated that the absence of PCSK9 promotes diet-induced non-alcoholic steatohepatitis and liver injury through increased surface expression of CD36. Given that these same receptors are well-expressed on renal epithelia, the second chapter of my thesis demonstrates that PCSK9 is also able to modulate renal lipid metabolism by attenuating tubular lipid accumulation and subsequent renal injury. Furthermore, when PCSK9 was first characterized by Seidah and colleagues in 2003, in situ hybridization of murine PCSK9 demonstrated that it was primarily expressed in the liver, but also well-expressed in the kidney cortex, cerebellum, and small intestines. Despite its expression in a wide range of tissues, the secretion of PCSK9 was exclusive to the liver, thus, questioning what the intracellular role of PCSK9 may be. Hence, my last chapter of my masters studies lies in establishing the role of intracellular PCSK9 expression in a cellular process known as endoplasmic reticulum (ER) stress in the kidney. ER stress is a phenomena which primarily occurs due to increased accumulation of misfolded polypeptides, and has been implicated in numerous metabolic diseases including hepatic steatosis, CKD, and neurodegenerative pathologies. Previously, we have demonstrated that overexpressing wild-type and variants of PCSK9 in a Pcsk9-/- mouse does not induce the activation of the unfolded protein response (UPR) and attenuates hepatic ER stress. Using a well-established CKD model, I show that Pcsk9-/- mice exhibit increased renal ER stress and injury relative to wild-type controls. Overall, my findings demonstrate for the first time that both extracellular and intracellular PCSK9 has the ability to modulate renal injury using two distinct mechanism to protect against CKD progression. / Thesis / Master of Health Sciences (MSc)

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Ziel dieser Dissertationsschrift war es, die Effekte des oxidativen Stresses in Form von oxLDL auf die Expression der atherogenen Scavenger-Rezeptoren CD36, SR-BI, des Transkriptionsfaktors PPARγ und pro-inflammatorischer Zytokine zu untersuchen. Die durchgeführten Untersuchungen beruhen auf der Annahme, dass modifizierte LDL durch Induktion der genannten Scavenger-Rezeptoren und nachfolgende unregulierte Aufnahme in Makrophagen mit Bildung von Schaumzellen entscheidend zur Entwicklung einer Atherosklerose beitragen. Dabei scheint vor allem die im Rahmen des oxidativen Stresses auftretende oxidative Modifizierung der LDL eine Rolle zu spielen. Oxidativem Stress wird in der Pathogenese vieler Krankheiten eine Bedeutung zugesprochen, deren pathobiochemische Grundlagen jedoch noch nicht vollständig geklärt sind und zu deren Erforschung diese Dissertation beitragen sollte. Im ersten Versuchsteil wurden deshalb in vitro – Versuche zu Expressionsraten oben genannter Rezeptoren durchgeführt. Dabei wurden Hypochlorit-oxidierte LDL genutzt, denen im Gegensatz zu den in vielen Versuchen verwendeten Kupfer-oxidierten LDL auch in vivo eine pathophysiologische Relevanz zukommt. Desweiteren ist bekannt, dass Diabetiker neben einem hohen Risiko an Atherosklerose zu erkranken, auch laborchemisch erhöhte Marker des oxidativen Stresses zeigen, inklusive einer gesteigerten Menge an zirkulierenden oxLDL. Im zweiten Versuchsteil wurde deshalb ex vivo untersucht, inwiefern LDL, gewonnen von Patienten im prädiabetischen Stadium der gestörten Glukosetoleranz, ähnliche Auswirkungen auf die Expression von Scavenger-Rezeptoren zeigen, wie in den mit Hypochlorit-oxidierten LDL durchgeführten in vitro - Untersuchungen beobachtet werden konnte. Es zeigte sich, dass CD36, der für die Aufnahme von oxidativ modifizierten LDL als der bedeutendste Rezeptor gilt, durch Hypochlorit-oxidierte LDL stark induziert wird. Zusammengenommen mit der ebenfalls beobachteten Heraufregulation des Transkriptionsfaktors PPARγ, sowie der signifikanten Korrelation beider Gene kann damit für Hypochlorit-oxidierte LDL eine atherogene Wirkung nachgewiesen werden. Die Ergebnisse bestätigen zudem die von Nagy und Tontonoz zuerst beschriebene Feed-Forward-Schleife, bei der oxidative LDL über Induktion und Aktivierung von PPARγ die Expression von CD36 erhöhen, mit nachfolgender unregulierter Aufnahme von Cholesterolestern in Makrophagen und subsequenter Bildung von Schaumzellen. Die Versuche zeigen zudem, dass der Scavenger-Rezeptor SR-BI, obwohl strukturell stark mit CD36 verwandt, eine differentielle Regulation aufweist und durch oxidativ modifizierte LDL signifikant supprimiert wird. Eine Induktion durch PPARγ, wie sie eindrucksvoll bei CD36 beobachtet werden kann, ist für SR-BI in den in vitro - Versuchen nicht vorhanden. Mit der in vielen Studien SR-BI, jedoch nicht CD36 zugesprochenen Funktion als Vermittler des HDL-Membranstransports gehen damit auch unterschiedliche Regulationsmechanismen einher. Die Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine in murinen Makrophagen wurde durch Hypochlorit-oxidierte LDL im Vergleich mit nativen LDL signifikant vermindert, eine Assoziation mit dem Transkriptionsfaktor PPARγ konnte nicht gefunden werden. Die für die ex vivo - Versuche untersuchten Gruppen der insgesamt 40 Probanden mit gestörter und normaler Glukosetoleranz wiesen, mit Ausnahme eines pathologischen Glukosetoleranztests für IGT-Patienten, in der klinischen Untersuchung, beim Vergleich der Laborparameter, ebenso wie in der Zusammensetzung der LDL keine signifikanten Unterschiede auf. Dennoch fand sich eine signifikante Erhöhung der CD36-Expression in Makrophagen schon nach einstündiger Inkubation mit LDL aus IGT-Patienten im Vergleich zu LDL von Probanden mit normaler Glukosetoleranz. Für die Expressionsraten von SR-BI, PPARγ und die Zytokinausschüttung konnten nur marginale Unterschiede zwischen den Probandengruppen erfasst werden. Auch in den ex vivo – Untersuchungen wiesen eine insignifikante PPARγ - Erhöhung und eine positive Korrelation zwischen PPARγ und CD36 auf die Existenz und Aktivierung der beschriebenen atherogenen Feed-Forward-Schleife auch in IGT-Patienten hin. Zusammenfassend unterstreicht diese Dissertationsschrift die Bedeutung des oxidativen Stresses in der Entwicklung der Atherosklerose, indem erstmals auch für das pathophysiologisch relevante Hypochlorit-oxidierte LDL eine deutliche Expressionssteigerung des Scavenger-Rezeptors CD36 und des Transkriptionsfaktor PPARγ nachgewiesen werden konnte. Zudem zeigen die Experimente, dass bereits bei Patienten im Vorstadium des Diabetes mellitus Typ 2 funktionelle Veränderungen der LDL eingetreten sind, die zu einer verstärkten Atherosklerose führen können und die denen gleichen, die durch künstlich oxidierte LDL ausgelöst werden. Die Versuche liefern damit eine mögliche Erklärung für den bereits epidemiologisch nachgewiesenen Zusammenhang zwischen oxidativem Stress, Atherosklerose und Diabetes mellitus.

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La protéine CD36 est un senseur aux AGLC au niveau des papilles gustatives et des entérocytes, impliqué dans la détection gustative des lipides et dans l’optimisation de la synthèse des CM. Notre 1er objectif a été de déterminer si le syndrome métabolique (MS) était associé à une altération de la détection oro-intestinale des AGLC. A l’aide de modèles murins de MS (régimes riches en AGS), nous avons montré que le MS est associé à une moindre sensibilité gustative aux sucres et aux lipides et à une altération de la synthèse des CM à l’origine d’une hypertriglycéridémie postprandiale. Cette modification est associée à une absence de dégradation de CD36 classiquement médiée par les AGLC. Cette altération conduit à un retard d’induction de l’expression des gènes impliqués dans la synthèse de CM moins bien dégradés au niveau sanguin. Selon nos résultats l’hyperinsulinémie en MS pourrait être à l’origine de l’absence de dégradation de CD36. Au niveau oral il a aussi été montré que l’absence de dégradation de CD36 est associée à une altération de la signalisation calcique probablement à l’origine d’un seuil de détection plus élevé des AGLC. Le MS se caractérise donc par un problème de détection des lipides au niveau de la sphère oro-digestive qui favoriserait hyperphagie et hypertriglycéridémie postprandiale. Le 2e objectif a été de déterminer si le XXS (polyphénols) pouvait prévenir le MS. La supplémentation en XXS diminue la prévalence du MS, du fait d’une action anti-obésité associée à un maintien du seuil de détection des lipides et une augmentation de l’activité. Ainsi, la détection oro-intestinale des lipides semble être une cible pertinente pour lutter contre la mise en place du MS / CD36 is a LCFA sensor in gustatory papillae and enterocytes. CD36 is implicated in the gustatory detection of lipids and in optimized CM synthesis. Our first goal was to determine if the metabolic syndrome (MS) was associated with alteration of the oro-intestinal detection of LCFA. Using a murine model of diet induced MS (saturated high fat diets) we shown that the MS is associated with a decrease in lipids and sugar gustatory sensitivity and an alteration in CM synthesis which contributes to the postprandial hypertriglyceridemia. This modification is associated with an absence of CD36 protein degradation classically triggered by LCFA. This alteration leads to a delay in the stimulation of the gene expression involved in the synthesis of CM less well cleared into the blood. Our data shows that the hyperinsulinemia on MS could cause the abolition of CD36 protein degradation. Other data obtained on gustatory papillae demonstrates that the absence of CD36 degradation is associated with an alteration of the LCFA induced calcium-signaling and that probably causes the increase in LCFA detection threshold. Thus, the MS is characterized by an alterated dietary lipids detection by the oro-intestinal tract which could promote overeating and postprandial hypertriglyceridemia. The second goal was to determine if the XXS (polyphenols) could prevent the appearance of the MS. The XXS supplementation decreases the syndrome prevalence, by exerting an anti-obesity activity associated with a LCFA detection threshold preservation and an increased activity. Thus, dietary lipids detection by gustatory papillae and intestine could represent a relevant target in order to prevent MS appearance

Les prodrogues sont des dérivés biologiquement inactifs d’un principe actif qui, après administration à un organisme, subissent une transformation chimique ou enzymatique pour libérer le principe actif au site d’action. Elles améliorent les propriétés physicochimiques du principe actif pour permettre un meilleur transport à travers les barrières biologiques et pour augmenter l’activité in vivo. Elles sont utilisées pour améliorer la formulation et l’administration, accroître la perméabilité et l’absorption, modifier le profil de distribution et éviter le métabolisme et la toxicité. Cette approche est très utile pour améliorer l'administration de principes actifs. Il existe deux types de prodrogues : les prodrogues liées à un transporteur et les bioprécurseurs. Dans le premier cas, la molécule active est liée par une liaison covalente à un groupement temporaire, ce qui fournit une nouvelle molécule, qui est inactive. Le groupement temporaire libéré ne doit pas avoir, par lui-même, d'action pharmacologique ni de toxicité. Dans le second cas, le principe actif est transformé métaboliquement ou chimiquement par réaction d’hydratation, d’oxydation ou de réduction. Les azapeptides sont des mimes peptidiques dans lesquels un ou plusieurs carbones de la chaîne peptidique sont remplacés par des atomes d’azote. Ce remplacement augmente la rigidité de la chaîne peptidique et favorise le repliement de type β. Le repliement β des azapeptides est associé à plusieurs propriétés thérapeutiques. Certains azapeptides ont montré une meilleure activité, une meilleure sélectivité et une plus grande stabilité comparativement aux peptides parents ce qui prolonge leur durée d'action et les rend plus résistants aux dégradations métaboliques. Ce mémoire s’intéresse particulièrement à l’azapeptide : [aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6. Celui-ci est un analogue du peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, H-His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH₂), qui possède une affinité pour deux récepteurs distincts : les récepteurs de growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a) et le récepteur cluster of differentiation 36 (CD36). L’[aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6 démontre une sélectivité envers le récepteur CD36 offrant des possibilités de traitement de maladies telles que l’athérosclérose et la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). De plus, le récepteur CD36 peut interagir avec un corécepteur toll-like receptor 2 (TLR2), et l’[aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6 peut réduire des réponses immunitaires innées. La stratégie des prodrogues a été utilisée dans ce mémoire pour augmenter la durée d’action de l’azapeptide [aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6. Plus précisément, cinq analogues des prodrogues α-acyloxyéthylcarbamates de l’aza(p-MeO)F⁴-GHRP-6 ont été synthétisées. Ce mémoire présente la première synthèse de prodrogues α-acyloxyéthylcarbamates à caractère PEG de l’[aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6. / A prodrug is a biologically inactive derivative of a drug which after administration undergoes chemical or enzymatic modification to release the active drug at targeted sites of activity. Prodrugs improve physicochemical properties to enable better transport through biological barriers and enhance activity. They are used to improve formulation and administration, to enhance permeability and absorption, to modify distribution profiles and to avoid metabolism and toxicity. The prodrug approach is useful for improving drug delivery. Prodrugs are classified into two types: carrier-linked prodrugs and bio-precursors. In the first case, the parent drug is linked by a covalent bond to an inert carrier or transport moiety. The carrier should not be active or toxic. The active drug is released by a chemical or enzymatic cleavage in vivo. In the second case, the parent drug is converted metabolically or chemically by hydration, oxidation or reduction reactions. Azapeptides employ a semicarbazide as an amino amide surrogate in a peptide analog in which the backbone α-CH is replaced by nitrogen. Through electronic interactions, the semicarbazide favors backbone β-turn geometry due to a combination of urea planarity and hydrazine nitrogen lone pair – lone pair repulsion. Azapeptides have proven therapeutic utility. Some of them exhibit better selectivity, activity and stability than the parent peptides with increased duration of action and improved metabolic stability. Growth hormone releasing peptide-6 (GHRP-6, H-His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH₂) is a synthetic peptide possessing an affinity for two different receptors: growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a) and cluster of differentiation receptor 36 (CD36). The GHRP-6 azapeptide analogue, [aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6, has exhibited good affinity for CD36 and reduced nitric oxide overproduction in macrophage cells stimulated with the TLR-2 agonist R-FSL-1. Azapeptide ligands of CD36, such as [aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6, offers potential as prototypes for developing treatments of diseases such as atherosclerosis and age-related macular degeneration. A prodrug strategy has been pursued to improve the pharmacokinetic properties, such as duration of action, of [aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6. The first examples of α-acyloxyethyl carbamate peptides have been prepared. Five α-acyloxyethyl carbamate analogues of [aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6 have been synthesized by routes featuring acylation of the resin-bound peptide using different activated α-acyloxyethyl carbonates prior to resin cleavage and side chain deprotection. The evaluation of the activity of the pharmacokinetic properties of the [aza(p-MeO)F⁴]-GHRP-6 prodrugs is currently in progress and will be reported in due time.