Afin de mieux comprendre et de préciser les réponses cardio-respiratoires chez l'homme lors d'exercices physiques effectués à des niveaux de gravité (ag) différents, des expérimentations en hypergravité et des analyses de données obtenues en microgravité ont été réalisées.Ainsi nous avons pu identifier les variables influençant la cinétique des réponses cardio-pulmonaires en fonction d‘ag lors de la pratique d'exercices physiques, et proposer un modèle prédictif de la dépense énergétique en fonction d'ag. Il ressort de nos analyses que les effets de ag sur la consommation d'oxygène (VO2) sont déterminés par des changements de la puissance métabolique interne et non pas par des changements de la puissance mécanique ou de la VO2 de repos. Quant à la consommation maximale d'oxygène (VO2 max) estimée, celle-ci diminue de façon importante en fonction de l'augmentation d'ag. Selon nos estimations, la VO2 max serait atteinte au repos à une valeur d'ag de 4.5 G. Ceci indiquerait que l'être humain serait dans l'impossibilité d'effectuer le moindre travail sur les plus grandes planètes du système solaire, rendant ainsi leur colonisation impossible / In order to better understand and clarify the cardio-respiratory responses of humans to physical exercise at varying levels of gravity acceleration (ag) we have set up experiments in hypergravity and we have analyzed data obtained in microgravity. We have thus been able to identify the variables that influence the kinetics of cardio-pulmonary Reponses in function of ag during physical exercise and propose a model that predicts the amount of energy spent when ag varies. From our analysis, it appears that the effects of ag on oxygen consumption (VO2) depend on variations in internal metabolic power and not at all on changes in mechanical power nor on the rest oxygen consumption. We found out that the estimated maximal consumption (VO2 max) of oxygen goes down considerably when ag augments. According to our estimations, the VO2 max is likely to be reached at rest when ag is 4.5 G. T. This seems to indicate that a human would be unable to perform the slightest work on the largest planets of our solar system, thus making the colonization of these planets impossible

La mort subite est un problème majeur de santé publique. Plus de 75% des morts subites sont d'origine coronaire et la mort subite est le principal mode de décès des infarctus du myocarde (IDM). Une analyse des similitudes et associations entre les deux est nécessaire. Les IDM survenant en heures non ouvrables ont une mortalité accrue. Par une analyse des données du registre francilien du Centre d'Expertise Mort Subite, nous avons constaté une surmortalité en dehors des heures ouvrables suite à une prise en charge initiale moins optimale, la prise en charge médicalisée n’étant pas influencée par l'horaire. Il devient clair que les efforts devraient se focaliser sur la prise en charge très précoce de la mort subite pour améliorer son pronostic.La deuxième partie a visé à identifier, parmi les IDM, ceux à risque de mort subite préhospitalière, afin d’anticiper sa survenue. A partir du registre e-MUST des IDM en Ile-de-France, nous avons identifié 5 facteurs associés à un risque accru de mort subite pré-hospitalière (âge jeune, absence de diabète et d'obésité, dyspnée, délai court entre le début de douleur et l'appel des secours). Nous avons ainsi créé et validé en interne et externe, un score de risque de mort subite. / It becomes clear that efforts should focus on early SCA management. The second part therefore aimed on identifying, among STEMI patients, those at risk of pre-hospital SCA, to plan early SCA management before it occurs. In the e-MUST registry for STEMI in the Greater Paris Area, we identified 5 simple predictors of pre-hospital SCA (young age, absence of obesity, absence of diabetes mellitus, shortness of breath, and short delay between pain onset and call to emergency medical services) that we used to build an SCA prediction score that we validated internally and externally. The first minutes after SCA are the main determinants of its prognosis and should ideally be planned before its occurrence. Anticipation of SCA in STEMI, the main cause of SCA, is feasible, allowing to tailor STEMI management accordingly. Even though the generalizability of this strategy to other causes of SCA remains to be demonstrated, a promising path for decreasing SCA burden can be foreseen.

L'insuffisance cardiaque (IC) est l'évolution terminale de nombreuses pathologies cardiaques, notamment de l'infarctus du myocarde (IDM). Elle se caractérise par la mort des cellules contractiles du cœur, les cardiomyocytes (CMs), et par l'incapacité des CMs survivants à régénérer le tissu lésé. Les thérapeutiques disponibles ralentissent sans toutefois stopper la progression de l'IC, expliquant l'émergence du concept de régénération tissulaire pour restaurer la fonction du cœur. Dans ce domaine, la thérapie cellulaire par injection de cellules exogènes (souches/progénitrices) dans le myocarde représente l'approche la plus conventionnelle. Malgré des résultats expérimentaux prometteurs, l'efficacité de cette stratégie reste encore mal établie en clinique. Ainsi, identifier de nouvelles voies thérapeutiques s'avère essentiel en médecine régénérative cardiaque. Jusqu'à récemment, les CMs survivant à l'IDM ont été ignorés en régénération cardiaque car considérés comme bloqués dans un état post-mitotique. Or, des études récentes ont montré que ces CMs adultes différenciés résidents sont dotés d'un potentiel naturel faible de prolifération qu'il est possible de stimuler afin de régénérer le tissu lésé. L'enjeu est maintenant d'identifier les mécanismes moléculaires naturels bloquant la prolifération du CM en vue d'une modulation en thérapeutique et a constitué le contexte de mon travail de thèse. Dans ce contexte, l'équipe a récemment identifié Ephrine-B1 comme nouvelle protéine spécifique de la membrane latérale (ML) du CM stabilisant la morphologie en brique du CM adulte et la cohésion du tissu cardiaque. De façon inattendue, au cours de mon travail de doctorat, nous avons montré, grâce à de multiples approches in vitro et in vivo, que la délétion d'Ephrine-B1 (souris KO ou thérapie génique avec interférence à l'ARN) confère au CM adulte un potentiel de prolifération important (~ 15%), mobilisé uniquement en situation de stress cardiaque (vieillissement, apectomie adulte ou IDM) et permettant la régénération cardiaque. Ephrine-B1 apparaît donc comme une cible prometteuse en médecine régénératrice cardiaque. [...] / Heart failure (HF) is the convergent evolution of many cardiac diseases, particularly myocardial infarction (MI). At the tissue level, HF is characterized by the death of cardiac contractile cells, the cardiomyocytes (CMs), and by the incapability of survivor CMs to regenerate the damaged tissue. Various pharmacological therapies have proven to slow HF progression but not to block it. Thus, major efforts have been developed in regenerative cardiac medicine to repair the scar tissue of failing heart to restore the function. In this context, cardiac cell therapy (injection of exogenous stem/progenitor cells) has been one of the more promising approaches. Besides its encouraging results in laboratories, its clinical benefit still remains elusive. Thus, there is an urgent need for identifying new therapeutic strategies for cardiac regenerative medicine. Until now, surviving resident CMs to MI have been ignored in cardiac regeneration since considered in a post-mitotic state, unable to proliferate. However, recent studies demonstrated that adult differentiated CMs can naturally proliferate but at low rate and that it is possible to stimulate this potential to regenerate the damaged tissue. The issue remains now to identify the natural molecular mechanisms involved in the post-mitotic blockage of adult CMs and has constituted my main thesis project. In this context, the team has recently identified Ephrin-B1 as a new specific protein of the CM lateral membrane (LM),stabilizing the adult CM rod-shape and the overall cardiac tissue cohesion. Surprisingly, during my thesis, we demonstrated, based on multiple in vitro and in vivo approaches, that Ephrin-B1 deletion (KO mice or RNA-interference based-gene therapy) confers an important proliferative potential to the adult CM. Interestingly, this potential is only mobilized under cardiac stress (aging, adult apectomy or MI). Thus, Ephrin-B1 deletion in CMs leads to substantial cardiac regeneration through their proliferation. Ephrin-B1 appears as a promising target for cardiac regenerative medicine. [...]

Contexte : Le lien entre insuffisance cardiaque et obésité n’est pas clairement établi, et les mécanismes mis en jeu le sont encore moins.Objectif : Confirmer l’existence de la cardiopathie métabolique et explorer ses mécanismes physiopathologiques par mise au point de modèles de souris associés à des techniques de modulations.Méthode : Etablissement d’un modèle de souris sauvages (WT, C57/BL6J, mâle) soumises à un régime riche en graisse (60% de graisse, HFD), associé à des techniques de modulation comme l’exercice (natation) et l’ablation de la graisse viscérale. Utilisation de souris déficientes pour le gène de l’ostéopontine (voie de la sénescence). Analyse des effets du régime HFD sur le tissu adipeux et ses fonctions métaboliques, et sur le myocarde et sa contractilité. Analyse en parallèle des effets du vieillissement physiologique chez les souris WT et déficientes sur ces mêmes paramètres. Recherche d’un lien entre dysfonction du tissu adipeux et dysfonction cardiaque au travers de l’exploration des voies de la sénescence, notamment celle de l’ostéopontine.Résultats : Nous avons tout d’abord confirmé l’existence d’une cardiopathie métabolique induite par le régime HFD. Cette cardiopathie se manifestait par un remodelage avec fibrose myocardique associé à une dysfonction systolique visible uniquement en strain rate (FEVG normale) et en hémodynamique invasive. Chez ces souris obèses, nous avons retrouvé une augmentation du taux plasmatique de marqueurs pro-fibrotiques (TGF, leptine) et une baisse des marqueurs protecteurs (adiponectine), le tout secondaire à une dysfonction du tissu adipeux qui prédominait au niveau viscéral. En parallèle, nous avons observé une fibrose myocardique avec dysfonction systolique au cours du vieillissement physiologique, elle-même associée à une augmentation de la production d’ostéopontine par le tissu adipeux viscéral. D’ailleurs, les souris déficientes pour le gène de l’ostéopontine étaient protégées de la sénescence cardiaque. L’ablation de la graisse viscérale et l’utilisation de drogues inhibant l’ostéopontine chez les souris WT protégeaient également de la sénescence cardiaque ce qui confirmait le rôle du tissu adipeux dans ce processus via la production d’ostéopontine. Enfin, des résultats préliminaires chez les souris HFD montraient également un effet protecteur de l’ablation de la graisse viscérale vis-à-vis de la dysfonction cardiaque.Conclusion : La cardiopathie métabolique secondaire à l’obésité est donc une entité bien réelle. Nous avons établi la preuve de concept du rôle de la sénescence du tissu adipeux viscéral dans les altérations cardiaques qui sont assimilables à un vieillissement cardiaque prématuré. L’ostéopontine est une cible thérapeutique potentielle à explorer. / Background: The link between heart failure and obesity is not clear, and the mechanisms are unknown.Objectives: To validate the existence of metabolic cardiomyopathy and to explore the underlying mechanisms using mice models and rescue technics.Method: Establish a wild type mice model (WT, C57/BL6J, male) fed with a high fat diet (60% of fat, HFD), associated with rescue technics such as exercise (swimming) or visceral fat ablation. Use of a transgenic mice model with a deletion for the Osteopontin gene (OPN, senescence pathway). Analysis of HFD consequences on the adipose tissue histology and function, on the myocardial histology and function. In addition, analysis of the effects of physiological aging on the same parameters in WT and OPN mice. Finally, explore the link between adipose tissue dysfunction and cardiac dysfunction through the senescence pathway analysis, especially the OPN pathway.Results: First, we confirmed the development of a metabolic cardiomyopathy in HFD mice, which was characterized by left ventricular remodeling with myocardial fibrosis associated with a systolic dysfunction detected only by strain rate (normal LVEF) and in-vivo hemodynamic technics. In addition, we observed in the plasma of HFD mice an increase in pro-fibrotic markers (TGF, leptin) and a decrease in protective markers (adiponectine), which was related to a visceral adipose tissue dysfunction. We also observed a myocardial fibrosis with systolic dysfunction during physiological aging associated with an increased release of osteopontin from the visceral adipose tissue. Moreover, OPN ko mice were protected from cardiac senescence. The surgical removal of the visceral adipose tissue and the use of OPN inhibitors in WT mice also protected from cardiac senescence, which corroborated the role of the adipose tissue and its OPN production in the aging process. Finally, preliminary results on HFD mice showed a cardiac protection from visceral adipose tissue removal.Conclusion: The metabolic cardiomyopathy is a real entity, in which our data establish the proof-of –concept that adipose tissue senescence plays a key role in cardiac alteration that may be considered as premature cardiac aging. OPN may constitute a promising therapeutic target.

Cette thèse est dédiée au développement d'outils mathématiques innovants améliorant la modélisation en électrophysiologie cardiaque.Une présentation du modèle bidomaine - un système réaction-diffusion - à domaine fixé est proposée en s'appuyant sur la littérature et une justification mathématique du processus d'homogénéisation (convergence «2-scale») est donnée. Enfin, une étude de l'impact des déformations mécaniques dans les lois de conservation avec la théorie des mélanges est faite.Comme les techniques d'imagerie ne fournissent globalement que des surfaces pour les oreillettes cardiaques dont l'épaisseur est très faible, une réduction dimensionnelle du modèle bidomaine dans une couche mince à une formulation posée sur la surface associée est étudiée. À l'aide de techniques développées pour les modèles de coques, une analyse asymptotique des termes de diffusion est faite sous des hypothèses de gradient d'anisotropie fort à travers l'épaisseur. Puis, une modélisation couplée du cœur - asymptotique pour les oreillettes et volumique pour les ventricules - permet la simulation d'électrocardiogramme complet. De plus, les méthodes asymptotiques sont utilisées pour obtenir des résultats de convergence forte pour les modèles de coque-3D.Enfin, afin de «personnaliser» les modèles, une méthode d'estimation est proposée. Les données médicales intégrées dans notre modèle - au moyen d'un filtre d'état de type Luenberger spécialement conçu - sont les cartes d'activation électrique. Ces problématiques apparaissent dans d'autres domaines où les modèles (réaction-diffusion) et les données (position du front) sont similaires, comme la propagation de feux ou la croissance tumorale. / This thesis aims at developing innovative mathematical tools to improve cardiac electrophysiological modeling. A detailed presentation of the bidomain model - a system of reaction-diffusion equations - with a fixed domain is given based on the literature and we mathematically justify the homogenization process using the 2-scale convergence. Then, a study of the impact of the mechanical deformations in the conservation laws is performed using the mixture theory.As the atria walls are very thin and generally appear as thick surfaces in medical imaging, a dimensional reduction of the bidomain model in a thin domain to a surface-based formulation is studied. The challenge is crucial in terms of computational efficiency. Following similar strategies used in shell mechanical modeling, an asymptotic analysis of the diffusion terms is done with assumptions of strong anisotropy through the thickness, as in the atria. Simulations in 2D and 3D illustrate these results. Then, a complete modeling of the heart - with the asymptotic model for the atria and the volume model for the ventricles - allow the simulation of full electrocardiogram cycles. Furthermore, the asymptotic methods are used to obtain strong convergence results for the 3D-shell models.Finally, a specific data assimilation method is proposed in order to «personalize» the electrophysiological models. The medical data assimilated in the model - using a Luenberger-like state filter specially designed - are the maps of electrical activation. The proposed methods can be used in other application fields where models (reaction-diffusion) and data (front position) are very similar, as for fire propagation or tumor growth.

La sélénoprotéine T (SelT) est une protéine thiorédoxine-like abondamment exprimée au cours du développement embryonnaire chez le rat, mais son expression tend à disparaître après la naissance, notamment dans le coeur, suggérant un rôle limité de la SelT à l’âge adulte. Néanmoins, nous avons pu montrer que la SelT est réexprimée au niveau cardiaque suite à une ligature de l’artère coronaire (LC), suggérant le rôle potentiellement protecteur de cette protéine au cours des pathologies cardiovasculaires. Le but de notre projet fut donc d’évaluer les effets cardiaques d’une thérapie par la SelT au cours de l’insuffisance cardiaque, moyennant soit une thérapie protéique, soit une thérapie génique visant à surexprimer la SelT au niveau cardiaque ou au niveau systémique. La supplémentation en SelT (15μg/kg/jour, minipompes ip) a permis d’améliorer significativement le débit cardiaque et la fraction de raccourcissement du VG, mais également d’améliorer les pressions télé-systoliques et télé-diastoliques du ventricule gauche ainsi que la perfusion coronaire. Ces changements sont associés à une diminution du stress oxydant cardiaque ainsi qu’à une répression des mécanismes inflammatoires cardiaques. L’ensemble de ces améliorations a été observé sans modification de la taille d’infarctus. En parallèle, nous avons pu montrer qu’une injection intraveineuse d’un rAAV9-SelT (1.1011vg) une semaine après la LC permettait de diminuer significativement la dilatation ventriculaire gauche 3 mois après la LC. De manière concomitante, la thérapie génique par la SelT améliore le débit cardiaque ainsi que la perfusion cardiaque. Ces changements sont associés à une amélioration de la compliance et de l’élastance cardiaque. Par ailleurs, l’injection intramusculaire d’un rAAV8-SelT suivant le même protocole que précédemment. Nous avons pu montrer que le traitement par cet AAV permettait de diminuer significativement la dilatation du VG et d’améliorer la fraction de raccourcissement. De plus, la thérapie génique a permis d’améliorer la perfusion cardiaque ainsi que la relaxation coronaire endothélium-dépendante. Nous avons également pu montrer que l’ensemble des effets de la SelT sont médiés par le résidu Sec, dès lors que la modification de ce résidu par une alanine, annihile totalement l’ensemble des effets positifs observés au cours de notre étude. Ainsi, nos résultats ont permis de montrer clairement que le rôle bénéfique d’un traitement par la SelT au cours de l’ICC, et ce, grâce à un mécanisme sélénocystéine-dépendant. La SelT semble donc être une cible thérapeutique prometteuse pour le traitement de cette pathologie. / Selenoprotein T (SelT) is a thioredoxin-like protein, which is abundantly but transiently expressed in the heart during the embryonic development, suggesting that SelT plays a limited role during adulthood. However, data from our laboratory show that cardiac SelT expression increases after myocardial infarction. This suggests that SelT may play a yet unrevealed role in cardiovascular diseases but SelT’s potential protective role is unknown. Thus, we sought to investigate the cardiac effects of a SelT-mediated therapy in chronic heart failure (CHF) using either a protein or gene therapy through either a protein supplementation, or rAAV encoding for different forms of SelT. SelT supplementation (15μg/kg/day, IP, administered for 1 month starting 7 days after MI) resulted in a restoration of cardiac output and LV fractional shortening (sham: 178,1±14,8; MI: 161,1±7,7; MI+SelT; 177,6 ±8,0 and sham: 44,5±5,1; MI: 17,1±0,8; MI+SelT: 25,6±2,4, respectively), in association with an improvement of LV end-diastolic and end-systolic pressures as well as LV tissue perfusion. These changes were associated with a lower oxidative status and with a decrease in inflammation pathways (-32,7% vs MI for oxidative stress and - 27,2% and - 31,4% for inflammation, measured by electron paramagnetic resonance and western blotting analyses of IL1ß and IL6 expressions, respectively). All these effects were observed at identical infarct sizes. In parallel, a single intravenous injection of rAAV9-SelT (1.1011 virus - genome copies) one week after MI resulted in an increased cardiac SelT expression 3 weeks after injection (+150%, p<0.05). This SelT - overexpression reduced HF-induced increase in left ventricular diameters in both systole and diastole (at 1 and 3 months post-MI). Simultaneously, SelT improved stroke volume and cardiac output, without change in heart rate or body weight. Moreover, cardiac perfusion was improved by rAAV9-SelT in both interventricular septum and in the border zone of the infarct. These changes were associated with an improvement in cardiac compliance and elastance parameters assessed by invasive pressure/volume curves (compliance: sham: 18.2 ±1.5; HF: 11.0±1.0; HF+rAAV9-SelT: 15.3±0.5 and elastance: sham: 1.3±0.2; HF: 2.8±0.2; HF+rAAV9-SelT: 1.4±0.2, respectively; p<0.05 vs. HF). The third part of this project consisted in a single intramuscular injection of rAAV8-SelT (1.1011 virus-genome copies, 7 days after CAL) of either the normal form (rAAV8-SelTSec), either the modified form in which the Sec residue is replaced by an Ala (rAAV8-SelTAla). rAAV8-SelTSec administration resulted in a significant increase in cardiac SelT levels as soon as 3 weeks post-administration. After 3 months, SelTSec reduced LV dilation and restored cardiac output. Simultaneously SelT improved both LV elastance and compliance. In contrast, administration of the rAAV8-SelTAla did not modify the CHF-related cardiac dysfunction, suggesting that the selenocysteine residue is essential to the normal protein function. Our results clearly show that increasing SelT to supra-normal levels reduces CHF-induced cardiac dysfunction through a selenium-dependent pathway. These results suggest that SelT might be a promising therapeutic option in the treatment of CHF.

La transplantation d'un organe peut s’avérer être le traitement de dernier recours en cas de dysfonctionnement terminal. Mais le nombre de greffons proposés à la transplantation ne suffit pas à satisfaire le nombre croissant de demandes. Des solutions alternatives sont proposées pour tenter de réduire cet écart. Certaines d'entre elles peuvent heurter les principes philosophiques fondateurs de cette activité médicale, qui constituent prioritairement le socle d'une éthique de conviction.Limité à la transmission d'un organe prélevé sur une personne décédée, ce travail de thèse propose une exploration raisonnée de certains éléments principiels, tels que le consentement, la gratuité et la "règle du donneur mort". Dans un second temps, il présente une lecture critique de certaines solutions nouvellement proposées, éclairée par une vision conforme à une éthique de responsabilité. / The organ transplantation may be the last treatment for terminal organ failure. But the number of available transplants is insufficient to meet increasing demand. Alternative solutions are proposed in an attempt to reduce the gap between the number of patients waiting for a transplant and the number of available transplants. Some of them may offend the philosophical principles of this medical practice, which establish the ethics of conviction.Limited to consideration to the transplantation of organs removed from deceased donors, this thesis first offers a reasoned exploration of some principled elements, such as consent, free transfer and the " dead donor rule ". Secondly, it presents a critical reading of some newly proposed solutions to reduce the gap, informed by a vision consistent with the ethics of responsibility.

Ce projet doctoral s’est déroulé dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire d’Imagerie par Résonance Magnétique Médicale et Multi-Modalités (IR4M) de l’Université Paris-Sud (France) et le Center for Medical Physics and Biomedical Engineering at Medical (CMPBME) de l’Université Médicale de Vienne (Autriche). L’objectif principal de ce travail était de développer un réseau d’antennes radiofréquence flexible fonctionnant en émission/réception pour l’IRM à 7T. Les réseaux d’antennes permettent de bénéficier du rapport signal sur bruit élevé des antennes de surface de petites tailles tout en accédant à un champ de vue étendu. De plus, les réseaux d’antennes permettent l’utilisation de technique d’imagerie parallèle afin d’accélérer l’acquisition des images ainsi que l’utilisation d’algorithme de transmission parallèle afin de produire un champ radiofréquence homogène, ce qui est crucial en IRM. Ce projet doctoral visait la conception, le développement, l’installation et l’évaluation d’un réseau d’antenne RF flexible basé sur le principe des résonateurs à lignes de transmission (RLT). Ces structures sont intrinsèquement monolithiques et auto-résonantes et ne nécessitent donc pas l’emploi de condensateurs discrets pour accorder l’antenne. Des simulations électromagnétiques 3D, ainsi que des caractérisations expérimentales sur table et en IRM ont été réalisées pour évaluer les performances de ce réseau, en configuration plate et courbée. / This PhD thesis was conducted in the frame of a bilateral project between the laboratoire d’Imagerie par Résonance Magnétique Médicale et Multi-Modalités (IR4M) at Université Paris-Sud (Orsay, France) and the Center for Medical Physics and Biomedical Engineering (CMPBME) at the Medical University of Vienna (Vienna, Austria). The main objective of this work was to develop a flexible transceiver RF coil array for 7 T MRI. Coil arrays benefit from the high SNR of small surface coils over an extended field of view (FOV). Furthermore, array coils enable the use of parallel imaging (PI) techniques for accelerated image acquisition and pTx algorithms that can be used to produce a homogeneous transmit field which is of importance in MRI. This project targets the design, development, implementation and evaluation of a flexible RF coil array based on the transmission line resonator (TLR) principle. TLRs are inherently monolithic and self-resonant structures, i.e. there is no need for lumped element capacitors to tune the coil. 3D electromagnetic simulation (EMS) together with bench and MRI experiments were performed to evaluate the performance of the developed array in flat and bent configuration.

Une stimulation β-adrénergique (β-AR) aigue, par exemple au cours d’un exercice physique, accroît le second messager AMPc dans les cardiomyocytes aboutissant à une cascade d’évènements permettant d’augmenter la fonction cardiaque. Une élévation chronique des taux de catécholamines est délétère puisqu’elle participe au remodelage pathologique du cœur et à la progression vers l’insuffisance cardiaque (IC). L'IC correspond à l'incapacité du cœur à répondre aux besoins hémodynamiques de l'organisme. Si la majorité des patients meurt de défaillance cardiaque, une part importante décède d'arythmies.Les phosphodiestérases (PDEs) sont des enzymes essentielles puisqu’elles permettent non seulement la terminaison des signaux AMPc en dégradant ce nucléotide cyclique en 5’AMP inactif mais aussi l’organisation spatiale de ces signaux dans des compartiments subcellulaires spécifiques. L'IC s'accompagne de profonds remaniements de la voie β-AR et l'expression des PDEs est modifiée en conditions pathologiques, perturbant ainsi la compartimentation intracellulaire de l’AMPc. Il a été notamment démontré que l’expression d’une isoforme de PDE particulière, la PDE4B, diminue dans l'hypertrophie cardiaque et que l’invalidation du gène codant pour celle-ci favorise les arythmies ventriculaires chez la souris lors d’une stimulation β-AR. À l’inverse, l'expression d'une autre enzyme, la PDE2A, est augmentée dans l’IC, chez l’homme et différents modèles animaux. Ceci constituerait un mécanisme de défense lors d'un stress cardiaque puisqu’il a été montré que sa surexpression atténue l’hypertrophie induite par la noradrénaline ou la phényléphrine et limite les arythmies chez la souris.L’objectif de mon travail était de tester l’hypothèse qu’une augmentation de l’activité des PDEs pourrait constituer une alternative aux traitements classiques de l’IC, pour limiter le remodelage hypertrophique, la progression vers l’IC et les arythmies associées. Pour cela, j’ai réalisé une thérapie génique dans des modèles murins d'IC grâce à des virus adéno-associé de type 9 (AAV9) codant pour la PDE4B ou la PDE2A. Mes résultats suggèrent que cette approche pourrait constituer une nouvelle stratégie thérapeutique prometteuse de l'IC en limitant le dysfonctionnement cardiaque, l’hypertrophie du ventricule gauche, et la survenue des arythmies ventriculaires mais seulement lorsque la PDE2A est surexprimée. / Acute stimulation of β-adrenergic receptors (β-ARs), for example during physical activity, leads to the synthesis of the second messenger cAMP in cardiomyocytes, which triggers a cascade of events leading to the increase of cardiac function. While acute β-AR stimulation is beneficial to the heart, chronic β-AR activation is detrimental because it promotes cardiac remodeling and ultimately leads to heart failure (HF). HF is defined by the heart's inability to overcome hemodynamic needs of the body. While the majority of patients die of worsening heart function, a significant proportion dies suddenly of cardiac arrhythmias.Phosphodiesterases (PDEs) are crucial enzymes since they allow not only to terminate cAMP signals by degrading this second messenger into inactive 5’AMP but permit their spatial organization in subcellular compartments. HF is accompanied by profound rearrangements of the β-AR pathway and the expression of PDEs is modified under pathological conditions, thus disrupting cAMP intracellular compartmentation. The expression of one of these enzymes, PDE4B, is decreased in cardiac hypertrophy and the invalidation of the gene encoding PDE4B promotes ventricular arrhythmias under β-AR stimulation in mice. Conversely, the expression of another enzyme, PDE2A, is up-regulated in human and animal models of HF which may constitute an important defense mechanism during cardiac stress since its overexpression attenuates hypertrophy induced by norepinephrine or phenylephrine and limits cardiac arrhythmias.The purpose of my work was to test the hypothesis that an increase of PDE activity could constitute an alternative to conventional HF treatments to limit cardiac remodeling, HF progression and associated arrhythmias. To do so, I performed a cardiac gene therapy in mouse models of HF using serotype 9 adeno-associated viruses (AAV9) encoding for PDE4B or PDE2A. My results suggest that this approach may be a promising new therapeutic strategy during HF by limiting cardiac dysfunction, left ventricular hypertrophy, and could protect ventricular arrhythmias only when PDE2A is overexpressed.

Alors que l’entrée SOC (store-operated Ca2+ entry) portée par les canaux calciques TRPCs (transient receptor potential canonical) et Orai1 est essentielle dans les cellules non-excitables, son rôle physiologique dans les cardiomyocytes adultes reste à élucider. Néanmoins, il est largement admis qu’une entrée SOC exacerbée dépendante des canaux TRPCs et de la protéine régulatrice STIM1 participe à la pathogenèse de l’hypertrophie et de l’insuffisance cardiaque (IC) par induction de voies pro-hypertrophiques telles que la CaMKII (Ca2+/calmoduline-dépendante kinase II ) et la calcineurine (CaN)/NFAT (Nuclear factor of activated T-cells). Au contraire, une inhibition fonctionnelle ou une extinction génique des canaux TRPCs et de la protéine STIM1 serait cardioprotectrice contre le stress hypertrophique. Cependant, le rôle physiopathologique des canaux calciques Orai1 dans le cœur reste, à ce jour, méconnu et débattu puisque son extinction in vitro présente un effet bénéfique contre l’hypertrophie des cardiomyocytes alors que son extinction in vivo présente des effets délétères avec le développement d’une cardiomyopathie dilatée. De plus amples investigations quant au rôle d’Orai1 dans la physiopathologie cardiaque apparaissent donc primordiales. De ce fait, les objectifs de ma thèse sont d’explorer le rôle de la signalisation calcique dépendante d’Orai1 dans le cœur dans des conditions physiologiques et pathologiques grâce à un modèle de souris transgéniques exprimant un mutant non fonctionnel d’Orai1, spécifiquement dans le cœur (dn-Orai1R91W/tTa) et un inhibiteur pharmacologique sélectif, le JPIII. Tout d’abord, nous montrons que les souris dn-Orai1R91W/tTa présentent une fonction cardiaque normale et une homéostasie calcique impliquée dans le couplage excitation-contraction conservée suggérant qu’Orai1 n’a pas de rôle majeur dans le coeur adulte en condition physiologique. Cependant, nous avons démontré une augmentation de l’expression et de l’activité d’Orai1 dans un modèle murin d’hypertrophie cardiaque induite par surcharge de pression, qui serait délétère pour la fonction ventriculaire. Au contraire, l’inhibition fonctionnelle d’Orai1 par manipulation génétique ou par l’outil pharmacologique (JPIII) semble protéger le coeur des dysfonctions ventriculaires au cours de l’hypertrophie. Cet effet bénéfique passerait par une restauration de l’homéostasie calcique et notamment par un maintien de l’expression de la pompe ATPase SERCA2a. Nous avons également mis en évidence que la voie de l’aldostérone/récepteurs aux minéralocorticoïdes modulait l’expression des canaux TRPC1, -C4, -C5 et notamment Orai1 via la protéine SGK1 (Serum and Glucocorticoid-regulated Kinase 1) dans les cardiomyocytes ventriculaires de rat nouveaux-nés. L’activation de cette voie de signalisation pourrait être à l’origine de la surexpression des canaux TRPCs/Orai1 retrouvée au cours de l’hypertrophie cardiaque. Ces travaux décrivent donc Orai1 comme une cible thérapeutique potentielle dans le traitement de l’hypertrophie cardiaque et de l’IC. / While the SOCE (store-operated Ca2+ entry), carried by TRPCs (transient receptor potential canonical) and Orai1 channels, is essential in non-excitable cells, its physiological role in adult cardiomyocytes remains elusive. Nevertheless, it is well established that exacerbated TRPCs/STIM1-dependent Ca2+ entry participates in the pathogenesis of hypertrophy and heart failure (HF) via the induction of pro-hypertrophic signaling pathways, such as CaMKII (Ca2+/calmodulin-kinase II) and calcineurin (CaN)/ NFAT (nuclear factor of activated T-cells). By contrast, functional inhibition or gene silencing of TRPCs and STIM1 is cardioprotective against hypertrophic insults. As for Orai1 Ca2+ channels, their pathophysiological roles in the heart remain unknown and under debate, since in vitro Orai1 silencing has a beneficial effect against cardiomyocyte hypertrophy, whereas in vivo silencing has deleterious effects with the development of dilated cardiomyopathy. Further investigations are necessary to determine the pathophysiological role of Orai1 in the heart. My thesis objectives are to explore the role of Orai1-dependent Ca2+ signaling in the heart under physiological and pathological conditions using a transgenic mouse model expressing a non functional mutant of Orai1, specifically in the heart (dn-Orai1R91W/tTa) and a selective pharmacological inhibitor, JPIII. First, we showed that dn-Orai1R91W/tTa mice have normal cardiac function and conserved Ca2+ homeostasis involved in the excitation-contraction coupling suggesting that Orai1 is not instrumental in regulating cardiac function under physiological conditions. However, we demonstrated an increased Orai1 expression and activity in a mouse model of cardiac hypertrophy induced by pressure overload, which is a maladaptive alteration involved in pathological ventricular dysfunction. By contrast, functional inhibition of Orai1 by genetic manipulation or by the pharmacological tool (JPIII) protects the heart from ventricular dysfunction after pressure overload-induced cardiac hypertrophy. This beneficial effect is related to a restoration of Ca2+ homeostasis and more specifically, is due to preserved ATPase SERCA2a pump expression. We also showed that the aldosterone/mineralocorticoid receptor signaling pathway modulates the expression of TRPC1, -C4, -C5 channels and also the Orai1 channels expression via the SGK1 (Serum and Glucocorticoid-regulated Kinase 1) protein, in neonatal rat ventricular cardiomyocytes. The activation of this signaling pathway could be the cause of the TRPCs/Orai1 channels overexpression found during cardiac hypertrophy. In conclusion, our studies highlighted that Orai1 Ca2+ channels could constitute potential therapeutic target in the treatment of cardiac hypertrophy and HF.