Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Nous avons étudié les propriétés cardioprotectrices de l’hémine, un composé hémique inducteur de l’hème oxygénase-1 (HO-1), dans un modèle, in vivo d’hypertension rénovasculaire « Two- kidney, one clip (2K1C) » chez le rat, et dans un modèle cellulaire de cardiomyocytes de rat stimulés par angiotensine II.L’HO-1 est une enzyme inductible qui dégrade l’hème en monoxyde de carbone, biliverdine/bilirubine, et libérant les ions Fe3+. Ces effets anti-inflammatoires, antioxydants, anti-apoptotiques et anti-prolifératifs sont de plus en plus connus et étudiés. Le stress oxydant jouerait un rôle majeur dans les pathologies de dysfonctionnement endothélial, d’hypertension et pourrait être à l’origine de phénomènes inflammatoires, fibrotiques et apoptotiques. Dans un premier temps nous avons à partir d’un modèle chirurgical d’hypertension rénovasculaire caractérisé les effets de l’hémine sur le développement de la fibrose, le stress oxydatif et l’activation de la NADPH oxydase cardiaque en comparaison à un traitement anti-hypertenseur de référence, le losartan. Dans un second temps, nous avons cherché à caractériser les voies de signalisation intracellulaires impliquées dans cette cardioprotection en utilisant un modèle cellulaire de cardiomyocytes stimulés par angiotensine II. / No summary available

L’ataxie de Friedreich (AF) est une maladie mitochondriale caractérisée par une ataxie spinocérébelleuse et sensitive, une cardiomyopathie et un diabète. L’AF est due à un déficit en frataxine (FXN), une protéine mitochondriale impliquée dans la synthèse des centres Fe-S et l’homéostasie mitochondriale. L’atteinte cardiaque, pour laquelle il n’existe aucun traitement, est la cause principale de décès. Nous avons montré que l’injection intraveineuse d’un vecteur adéno-associé (AAV) rh10 exprimant la FXN humaine prévient le développement de la cardiomyopathie d’un modèle souris de l’AF mais aussi que l’injection du vecteur à des animaux en insuffisance cardiaque permet la correction complète et rapide du phénotype cardiaque. Ces résultats démontrent la capacité des cardiomyocytes défectueux présentant un défaut bioénergétique à être rapidement corrigés. Nous avons ainsi établi la preuve de concept qu’un traitement par thérapie génique est une approche thérapeutique pertinente pour l’AF. / Friedreich ataxia (FRDA) is a mitochondrial disease with neurodegeneration, hypertrophic cardiomyopathy and diabetes. FRDA is caused by reduced level of frataxine (FXN), an essential mitochondrial protein involved in iron-sulfur cluster biogenesis and mitochondrial homeostasis. Cardiac failure is the most common cause of mortality in FRDA. To date, no treatment exists for FRDA cardiomyopathy. During my PhD, we showed that an adeno-associated vector (AAV) rh10 expressing human FXN injected intravenously not only prevented the onset of the cardiac disease in a faithful FRDA cardiac mouse model, but also, when administered in animals with cardiac failure, reversed rapidly and completely cardiac remodeling and insufficiency. Our results demonstrate the capacity of defective cardiomyocytes with severe energy failure and ultrastructure disorganization to be rapidly corrected and remodeled by gene therapy. Thus, we showed that gene therapy may be a relevant therapeutical approach for FRDA.

Proefschrift Universiteit Maastricht. / Met bibliogr., lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Les Entérovirus, et notamment les coxsackievirus B (CV-B), sont une cause commune de myocardite. Cette maladie peut évoluer vers une myocardite chronique jusqu’au stade de cardiomyopathie dilatée (CMD). Le mécanisme moléculaire permettant le passage de l’infection aigue à l’infection persistante dans le tissu cardiaque humain reste méconnu. Pour étudier les activités de réplication des CV-B persistant, un réplicon a été généré à partir d’une souche cardiotrope. Il a permis de caractériser les activités de réplication de CV-B persistant dans des cellules cardiaques humaines. Une analyse par séquençage à moyen débit a permis de mettre en évidence la sélection de variants tronqués dans le cœur pouvant expliquer la progression de la myocardite virale vers la CMD. De plus, l’existence de populations majoritaires tronquées de 19 à 50 nucléotides associées à des formes virales minoritaires complètes a été mise en évidence chez 8 patients atteints de CMD. La proportion de populations tronquées s’est révélée négativement corrélée au ratio ARN+/ARN- et à la charge virale (R2=0,748; P=0,016; R2= 0,36, P=0,038, respectivement). Des études immuno-histologiques et par hybridation in situ des tissus cardiaques ont montrées que le clivage de la dystrophine était uniquement retrouvé dans les cardiomyocytes infectés par les CV-B. La transfection d’ARN de synthèse complets et tronqués dans des cultures de cardiomyocytes humains primaires a mis en évidence une trans-complémentation entre les 2 formes virales induisant de faibles activités de réplication. Nos résultats démontre l’existence d’un nouveau mécanisme moléculaire de coopération entre des populations persistantes d’entérovirus B tronquées et complètes qui contribue à la physiopathologie de la CMD. / Enteroviruses, especially group B coxsackieviruses (CV-B) are considered to be a common cause of acute human myocarditis, a disease that is a precursor of chronic myocarditis cases as well as dilated cardiomyopathy (DCM). The molecular mechanisms related to the switch from the acute to the CV-B chronic persistent infection in human cardiac tissues are still unknown. To study the replication activities of CV-B a replicon from a cardiotropic prototype strain was generated and was used to study persistent CV-B replication activities into human cardiac cells. Using NGS analyses, our results evidenced that the molecular selection of TD viral forms in heart could explain pathophysiological progression from acute viral myocarditis to DCM. Moreover, we demonstrated in 8 end-stage DCM patients the existence of CV-B major populations characterized by 5’NTR deletions ranging from 19 to 50 nucleotides that were associated with minor full-length viral forms. The amounts of persistent deleted populations appeared to be negatively correlated to RNA(+)/RNA(-) minus ratio and viral load values (R2=0.748; P=0.016; R2= 0.36, P=0.038, respectively). In situ hybridization and immunohistological assays in cardiac tissues demonstrated that the dystrophin disruption was only present in EV-B infected cardiomyocytes. Transfection of deleted and full-length RNA-populations in cultured primary human cardiomyocytes evidenced a trans-acting genomic complementation system between the two viral forms resulting in low viral replication activities. Our findings suggest a new molecular mechanism through which persistent low replicative EV-B deleted and full-length collaborative populations contribute to the pathogenesis of idiopathic DCM cases.

Le gène BAG3 a été identifié comme étant un nouveau gène responsable de cardiomyopathie dilatée (CMD), première cause d'insuffisance cardiaque (IC). La protéine BAG3 est une co-chaperonne qui participe au contrôle de l'homéostasie protéique via son rôle dans l'autophagie, protégeant ainsi les cellules contre la protéotoxicité induite par les protéines dégradées ou mal repliées. L'hypothèse qu'une inactivation de la voie autophagique contrôlée par BAG3 induirait une protéotoxicité cardiomyocytaire à l'origine de la CMD apparait particulièrement attractive et constitue l'hypothèse centrale de ce travail. Nos résultats indiquent que les mutations de BAG3 abolissent l'interaction avec la chaperonne HSP70, une protéine centrale du contrôle qualité des protéines. Nous avons observé une cytotoxicité des mutants BAG3, une altération de la fonction chaperonne HSP70-dépendante et une absence de réponse autophagique en condition de stress (jeun, choc thermique, expression d'une protéine pro-agrégante). In vivo (modèle poisson-zèbre) l'extinction de l'expression de BAG3 ou la surexpression des mutants conduisent à l'apparition d'un phénotype d'insuffisance cardiaque (¿dème péricardique) chez les embryons injectés. Par édition génomique, nous développons également un modèle de cardiomyocytes dérivés de cellules iPS porteurs ou non de la mutation afin d'explorer plus en avant la fonction contractile de ces cellules. Nos résultats confirment donc le rôle de BAG3 dans la CMD et indiquent que l'altération de la fonction protéostasique serait à l'origine de la maladie. Cette nouvelle voie physiopathologique dans la CMD pourrait s'avérer être, plus généralement, une voie centrale dans l'IC. / The BAG3 gene was identified as a novel gene responsible for dilated cardiomyopathy (DCM), a major cause of heart failure (HF). The BAG3 protein is a co-chaperone that participates in the control of protein homeostasis via its role in autophagy, protecting cells against the proteotoxicity induced by degraded or misfolded proteins. The hypothesis that inactivation of the autophagic pathway controlled by BAG3 would induce cardiomyocyte proteotoxicity behind the CMD appears particularly attractive and is the central hypothesis of this work. Our results indicate that BAG3 mutations abolish the interaction with the chaperone HSP70, a central actor of the protein quality control. We observed cytotoxicity of BAG3 mutants, an impaired HSP70-dependent chaperone function and absence of autophagic response under stress conditions (starvation, heat shock, expression of a pro-aggregating protein). In vivo (zebrafish model) the extinction of BAG3 expression or mutants overexpression lead to the occurrence of a heart failure phenotype (pericardial edema) in injected embryos. Through genomic edition, we also develop a model of iPS-derived cardiomyocytes carrying or not the mutation in order to further explore the contractile function of these cells. Our results confirm the role of BAG3 in DCM and indicate that the alteration of the proteostasis function is the cause of the disease. This new pathophysiological pathway in DCM may prove to be more generally, a central line in the IC.

Bien que les progrès thérapeutiques aient permis de freiner la progression des maladies cardio-vasculaires (CV), mais surtout d'améliorer leur prévention et par conséquent de réduire la survenue d'accidents CV, ces maladies devraient rester les premières causes mondiales de décès dans les prochaines années. Cet état des lieux épidémiologique illustre donc des insuffisances concernant à la fois la prévention, mais également la prise en charge du risque CV. Ce travail de thèse s'est alors intéressé à la compréhension des mécanismes physiopathologiques de l'insuffisance cardiaque ischémique (ICi), maladie CV la plus répandue, afin de proposer des stratégies préventives limitant le remodelage cardiaque délétère ; ainsi qu'à l'étude de la pollution atmosphérique comme potentiel facteur de risque CV. Le couplage excitation-métabolisme-contraction (E-M-C), qui sous-tend la fonction de la pompe cardiaque, s'adapte en réponse à différents stimuli par une modification des interrelations spatiales et temporelles complexes entre activités électriques, énergétiques et mécaniques. Ces modifications à différents niveaux peuvent initier un remodelage délétère évoluant vers une altération du fonctionnement, voire une défaillance chronique, du myocarde.Ce travail de thèse met en évidence un découplage entre les activités mitochondriales et contractiles, à l'origine d'un déséquilibre des homéostasies ioniques et redox, responsables des dysfonctions cardiaques étudiées dans des contextes d'ICi et d'exposition en milieu pollué au CO. Ainsi, une approche thérapeutique, visant à restaurer les fonctions mitochondriales et à rétablir le couplage E-M-C cardiaque, pourrait être considérée afin de préserver au mieux la fonction myocardique. Ce travail de thèse permet alors une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques de l'ICi, et identifie la pollution atmosphérique comme facteur de risque CV à considérer en clinique afin de mieux prévenir le risque CV. / Abstract non available.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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