Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Durant le développement myocardique, les cardiomyocytes s'allongent et se connectent entre eux grâce à une structure spécialisée, le disque intercalaire. Cette organisation des cardiomyocytes est essentielle pour le couplage mécanique et la conduction électrique. Un des éléments responsables de l'insuffisance cardiaque est la perturbation de ces sites de contact intercellulaire. Actuellement, aucun facteur n'est connu pour coordonner l'organisation polarisée des cardiomyocytes. Ici, nous présentons une augmentation importante de Pdzrn3 dans des cardiomyopathies hypertrophiques humaines et dans des myocardes murins, corrélée à une perte de l'élongation polarisée des cardiomyocytes. De plus la délétion spécifique intramyocardique de l'expression de Pdzrn3, dans un modèle murin, protège de la survenue d'une insuffisance cardiaque secondaire à une cardiomyopathie hypertrophique. Nos résultats révèlent une nouvelle voie de signalisation qui contrôle un programme génétique essentiel pour le développement myocardique, le maintien de la géométrie et de la fonction contractile des cardiomyocytes. Cette voie de signalisation implique PDZRN3 et cette molécule constitue une cible thérapeutique potentielle pour la protection de l’insuffisance cardiaque chez l’homme. / During heart maturation, individual cardiomyocytes stretch out and connect some with the others via their extremities by intercalated disk protein complexes. This planar and directionnel organization of the myocyte sis crucial for the machanical coupling and the anisotropic conduction of the electric signal in the heart. One of the hallmarks of heart failure concerns alterations in the contact sites between cardiomyocytes. Yet no factors on its own is known to coordinate cardiomyocyte polarized organization. Here we reported enhanced levels of Pdzrn3 in the diseased hypertrophic human and mouse myocardium, correlated with the loss of cardiomyocyte polarized elongation. Furthermore, mouse cardiac Pdzrn3 deficiency protected against heart failure in a mouse model of hypertrophic cardiomyopathy. Our results reveal a novel signaling that controls a genetic program essential for heart maturation and for maintain of cardiomyocyte overall geometry and contractile function and implicates PDZRN3 as a potential therapeutic target for human heart failure protection.

L'obésité, un problème de santé mondial, est associée à des comorbidités telles que le syndrome métabolique, la stéato-hépatite non alcoolique, la cardiomyopathie métabolique etc. Leur incidence et développement peuvent être le résultat des interactions gènes-environnement. Ces dernières années, une série d’études expérimentales et cliniques ont montré l’implication de donneurs de méthyles dans ces pathologies via la programmation fœtale. Notre travail a évalué, à la fois le rôle de donneurs de méthyles et le profil métabolique dans une population d’obèses, puis sur un modèle animal de ratons avec une carence en donneurs de méthyles, soumis à la vie adulte à un régime hyper-énergétique. Chez l’homme, nous avons démontré qu’une carence en vitamine B12 associée à un excès de folates est liée à l’insulino-résistance. Puis, nous avons observé des anomalies du métabolisme des acides gras. Chez l’animal, nous avons montré que la carence en donneurs de méthyles provoque une hypertension artérielle systémique et une fibrose cardiaque, surtout chez les femelles. Par contre, chez les mâles, nous avons observé une stéatose hépatique dans le groupe des rats mâles carencés et soumis à un régime hyper-énergétique. En conclusion, la carence en donneurs de méthyles est associée aux maladies chronico-dégénératives. / Obesity, is global health problem, is associated with comorbidities such as metabolic syndrome, nonalcoholic steatohepatitis, metabolic cardiomyopathy etc. Their incidence and development may be the result of gene-environment interactions. In the last years, the experimental and clinical studies have shown the involvement of methyl donors in these pathologies via « fetal programming ». Our work has evaluated the role of methyl donor on metabolic profile in obese subjects, and also in an animal model of pups with a deficiency of methyl donors, subject to high-fat diet in adulthood. In humans, we have demonstrated that vitamin B12 deficiency associated with excess in folates, is linked to insulin resistance. Also the methyl donors have an influence on fatty acid metabolism. In animals, we have shown that deficiency of methyl donors causes systemic hypertension and cardiac fibrosis, especially in females. In contrast, the males methyl donor deficient with a high fat diet had an important steatosis. In conclusion, the methyl donor shortage is associated with chronic degenerative diseases.

Au cours du couplage excitation-contraction (CEC) cardiaque, une partie du calcium (Ca2+) libéré par le réticulum sarcoplasmique (RS) via les récepteurs de la ryanodine de type (RyR2) est captée par la mitochondrie. Une fois dans la matrice mitochondriale, le Ca2+ module l’activité de plusieurs enzymes du métabolisme oxydatif ainsi que la production d’ATP. Une altération de la libération de Ca2+ du RS et une dysfonction mitochondriale ont été décrites dans plusieurs pathologies cardiovasculaires associées à des troubles métaboliques comme la cardiomyopathie diabétique (CMD). Cependant, les mécanismes qui sous-tendent le remodelage du métabolisme et de l’homéostasie calcique au stade précoce de la CMD demeurent méconnus. Afin de déterminer dans quelle mesure la dynamique calcique et le couplage excitation métabolisme oxydatif sont altérés au stade précoce de la CMD, des souris C57Bl/6 ont été soumises à un régime enrichi en graisses et en sucres (HFS) pendant deux semaines. Au terme du régime, les souris HFS présentent un hyperinsulinisme, une euglycémie et une dyslipidémie. En plus de ce statut pré-diabétique, le flux mitral (E/A) évalué par échocardiographie, est significativement diminué chez les animaux HFS par rapport aux animaux Ctrl, suggérant une dysfonction diastolique précoce du ventricule gauche. A l’échelle du cardiomyocyte, une diminution du raccourcissement cellulaire sans modification de l’amplitude des transitoires calciques induits par stimulation électrique est responsable d’une diminution de l’efficacité du CEC en condition HFS. De plus, l’entrée dynamique de Ca2+ dans la mitochondrie, évaluée à l’aide de la technique de patch-clamp en configuration cellule entière, est également significativement diminuée. Bien que l’expression du canal anionique dépendant du voltage (VDAC) et de l’unipore calcique (MCU) demeure inchangée, l’expression de la protéine MICU1 augmente. Cette altération de l’entrée de Ca2+ dans la mitochondrie est responsable d’une diminution de l’activité de la pyruvate déshydrogénase via sa phosphorylation sur le résidu ser232, réduisant ainsi l’utilisation des glucides comme substrats énergétiques. Enfin, bien que les paramètres de base de l’ECG soient comparables entre les deux groupes, les souris HFS déclenchent spontanément des troubles du rythme et présentent une altération de la modulation de la fonction cardiaque par le système nerveux autonome.Ces travaux suggèrent que MICU1, en modulant l’homéostatisie calcique, le couplage excitation-métabolisme oxydatif et la flexibilité métabolique, pourrait jouer un rôle de senseur métabolique au sein des cardiomyocytes initiant ainsi la cardiomyopathie diabétique. / During cardiac excitation-contraction coupling (ECC) a fraction of the calcium (Ca2+) released by the sarcoplasmic reticulum (SR) through type 2 Ryanodine Receptor (RyR2) is taken up by mitochondria. Once in the matrix, Ca2+ modulates several enzymes of oxidative metabolism and ATP production. SR Ca2+ release alteration and mitochondrial dysfunction have been reported in several cardiovascular diseases associated with metabolic disorders such as diabetic cardiomyopathy (DCM). However, the mechanisms that govern the metabolic remodeling and Ca2+ handling at the early stage of DCM are currently unknown. To determine whether mitochondrial Ca2+ dynamics and excitation oxidative metabolism coupling are affected at the early stage of DCM, C57Bl/6 mice were fed a standard or high fat sucrose (HFS) diet for two weeks. At the end of the diet, HFS mice display hyperinsulinemia, euglycemia and dyslipidemia. In addition to this prediabetic state, the transmitral inflow (E/A), assessed by echocardiography, is significantly reduced in HFS mice compared to their control (Ctrl) littermates suggesting an early left ventricle diastolic dysfunction. At the single cardiomyocyte level, a decrease in peak cell shortening without any change regarding the amplitude of electrically evoked Ca2+ transients leads to reduced ECC efficiency under HFS conditions. Moreover, dynamic mitochondrial Ca2+ uptake measured using the whole cell patch-clamp technique is significantly decreased. While the expression of voltage-dependent anionic channel (VDAC) and mitochondrial uniporter (MCU) is unchanged, expression of mitochondrial Ca2+ uptake protein 1 (MICU1) increases. Impaired mitochondrial Ca2+ uptake leads to reduced pyruvate dehydrogenase activity through the phosphorylation of ser232, thus decreasing the use of carbohydrates as energetic substrate. Finally, although ECG basal parameters are comparable between the two groups, HFS mice trigger spontaneous arrhythmia and impaired autonomic modulation of cardiovascular function.This study suggests that MICU1 could act as a metabolic sensor by modulating mitochondrial Ca2+ handling, excitation–oxidative metabolic coupling and the metabolic flexibility paving the way to the DCM.

Résumé: Le diabète mellitus de type 2 (DT2) est caractérisé par la présence d'une résistance à l'insuline (RI) dans la plupart des tissus et d’une diminution de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (SISG). Les données provenant d'études précliniques, tout comme des études expérimentales chez l'humain, supportent la notion qu'une exposition excessive des tissus maigres aux acides gras (AG) peut causer la RI ainsi qu'une diminution de la SISG, un processus généralement nommé lipotoxicité. Cependant, les mécanismes de la surexposition et d'accumulation des AG dans les tissus maigres au cours du développement du DT2 sont encore nébuleux. Les travaux de la présente Thèse ont permis de caractériser les anomalies métaboliques et fonctionnelles cardiaques du rat DT2 nourri avec une diète riche en gras et en fructose (rat HFHFS). Ce modèle présente une dysfonction systolique cardiaque associée à une diminution de l'efficacité énergétique et du captage du glucose dans le myocarde. Utilisant la tomographie par émission de positrons avec un analogue synthétique des AG (le FTHA), nous avons démontré que le captage myocardique des acides gras est normal alors que le captage des acides gras alimentaires (AGA) est fortement augmenté dans ce modèle. Ces travaux ont aussi permis de valider la technique d’administration orale du FTHA afm de mesurer la distribution tissulaire postprandiale des AGA tant chez l'animal que chez l'humain. Cette technique, la seule connue pouvant simultanément quantifier le captage des AGA dans tous les tissus du corps humain, a permis une étude chez des sujets intolérants au glucose (IGT+) démontrant que les AGA sont captés de façon préférentielle par le myocarde de ces sujets au dépend [i.e. aux dépens] d’un captage réduit dans leurs tissus adipeux blanc [i.e. blancs] (WAT). De plus, nous démontrons une relation directe entre l'augmentation du captage des AGA dans le myocarde et une diminution non symptomatique de la fraction d’éjection ventriculaire gauche chez les IGT+, confirmant ainsi chez l’humain la démonstration qui a été faite chez le rat HFHFS d’un rôle potentiel des AGA dans la dysfonction myocardique associée au diabète. Grâce à une étude de suivi des changements d’habitudes de vie avec perte de poids chez les patients IGT+, nous démontrons une amélioration importante et significative de la fonction cardiaque associée à une amélioration de l'efficacité énergétique du coeur et une diminution dramatique du captage cardiaque des AGA. Les travaux de la présente Thèse établissent de nouvelles approches permettant une évaluation de la contribution des AGA à l'exposition excessive des organes maigres aux AG. Nous avons démontré l'importance de ce processus en regard des anomalies myocardiques tant dans un modèle préclinique de DT2 que chez l'humain pré-diabétique. Nos travaux viennent élucider la relation entre la dysfonction des WAT et la lipotoxicité au sein des tissus maigres dans l'évolution du DT2. Ils mettent également en lumière les bénéfices potentiels des changements d'habitudes de vie avec perte de poids à l'égard de ces phénomènes et, ainsi, démontre [i.e. démontrent] un nouveau mécanisme de protection cardiovasculaire et métabolique de la perte de poids. // Abstract: Type 2 diabetes (T2D) is characterized by the presence of insulin resistance (IR) in most tissues and a decreased in insulin secretion stimulated by glucose (SISG). Data from preclinical studies, as well as experimental studies in humans support the notion that excessive exposure of fatty acids (FA) to lean tissue fatty acids can cause IR and a decrease in SISG, a process generally called lipotoxicity. However, the mechanisms of exposure and accumulation of FA in lean tissue during the development of T2D in humans remain unclear. The work of this thesis have characterized the metabolic and functional cardiac abnormalities in A diet induced T2D with a high fat-high fructose diet and received a small dose of streptozotocin (rat HFHFS). This model has a cardiac systolic dysfunction associated with a decrease in energy efficiency and glucose uptake in the myocardium. Using positron emission tomography with a synthetic analogue of FA (the FTIIA), we demonstrated that the myocardial uptake of non-esterified fatty acids was normal, while the uptake of dietary fatty acids (DFA) was greatly increased in this model. This work also validated the technique of oral administration of FTHA to measure postprandial tissue distribution of DFA in both animals and humans. This technique, the only one known that can simultaneously quantify the uptake of DFA in all tissues of the human body has a study in subjects with impaired glucose tolerance (1GT+) showing that the DFA are uptake preferentially by the myocardium of these subjects at the expense of human adipose tissue. In addition, we demonstrate a direct relationship between increased uptake in the myocardium of the DFA and a reduction of asymptomatic left ventricular ejection fraction in IGT+, confirming in humans the demonstration that was made in the rat HFHFS for a potential role of DFA in the myocardial dysfunction associated with diabetes. With a follow-up study of lifestyle changes with weight loss in patients with 1GT+, we demonstrate an important and significant improvement in cardiac function associated with improved energy efficiency of the heart and a dramatic decrease in the myocardial uptake of DFA. The work of this thesis establishes new approaches to assess the contribution of the DFA in excessive exposure to non-adipose tissue to DFA. We have demonstrated the particular importance of this process in relation to the metabolic and functional myocardial abnormalities in both a preclinical model of T2D and a human pre-diabetic state. Our studies are elucidating the relationship between dysfunction of white adipose tissue and lipotoxicity in lean tissue in the development of T2D. They also highlight the potential benefits of lifestyle changes with weight loss in relation to these phenomena, and thus demonstrate a new mechanism for cardiovascular and metabolic protection of the weight loss.

La cardiomyopathie dilatée est l'une des principales causes d'insuffisance cardiaque en Europe. Dans le cadre de la cardiomyopathie liée aux mutations du gène LMNA, en dépit des soins médicaux conventionnels, aucun traitement satisfaisant ne permet de pallier à la dilatation cardiaque progressive et à la perte de la contractilité. Le gène LMNA code pour les lamines nucléaires de type A, qui sont les principaux constituants de la lamina nucléaire. De précédents travaux démontrent que l'activation anormale de ERK 1/2 est impliquée dans la pathophysiologie de la cardiomyopathie dilatée liée aux mutations du gène LMNA. L'inhibition de la voie ERK 1/2 ralentit également la progression de la fibrose myocardique, relativement développée chez l'homme, en cas de cardiomyopathie dilatée. Dans le cadre de ma thèse, j’ai suggéré que l'activité aberrante de la voie TGF-β pourrait participer à l’activation anormale de ERK 1/2 et être impliquée dans la physiopathologie de dysfonction contractile ventriculaire gauche dans la cardiomyopathie liée aux mutations du gène LMNA. Les mécanismes moléculaires sous-jacents à la modulation de la signalisation ERK1/2, causée dans le cœur, par les mutations du gène LMNA, restent totalement incertains. De ce fait, j'ai testé l'hypothèse selon laquelle la modulation anormale de ERK1/2 induirait l'altération des cibles cytosoliques et modifierait le réseau du cytosquelette cardiaque. Mon travail a mis en évidence un nouveau partenaire de la forme active (phosphorylée) d’ERK1/2 : cofiline-1. La cofiline induit la déramification des filaments d'actine. Ce projet met en lumière un rôle inattendu joué par la signalisation ERK1/2 dans la dynamique de l'actine et dans le développement de la dysfonction ventriculaire gauche de la cardiomyopathie liée aux mutations du gène LMNA. / Dilated cardiomyopathy is one of the leading causes of heart failure in Europe. Despite of the conventional medical care, there is no definitive treatment for the progressive cardiac dilatation and loss of contractility in LMNA cardiomyopathy often leading to sudden death or heart transplantation. LMNA gene encodes nuclear A-type lamins, which are the main constituents of the nuclear lamina. Previous studies clearly show that the abnormal ERK1/2 activation is involved in the pathophysiology of LMNA dilated cardiomyopathy. However, its role in the development of cardiac dysfunction remains unclear. Inhibition of ERK1/2 signaling also slows progression of myocardial fibrosis, which is prominent in humans with dilated cardiomyopathy. I suggested that aberrant TGF-β signaling activity could participate to the abnormal ERK1/2 activation and be involved is the pathophysiology of left-ventricular contractile dysfunction in LMNA cardiomyopathy. Given that the understanding of molecular and cellular mechanisms underlying the modulation of ERK1/2 signaling in the heart caused by LMNA mutation remains totally unclear, I tested the hypothesis that ERK1/2 abnormal modulation leads to alteration of cytosolic targets and alter cardiac cytoskeleton network. My work highlighted a novel partner of activated (phosphorylated) ERK1/2, ADF/cofilin-1. Cofilin promotes debranching of actin filaments. I showed that disrupted actin dynamics leads to abnormal sarcomere structure. This project unraveled an unexpected role played by ERK1/2 signaling in actin dynamics and in the development of left-ventricular dysfunction in LMNA cardiomyopathy.

Les Entérovirus humains du groupe B (EV-B) et plus spécifiquement les virus Coxsackie B sont considérés comme une cause majeure des myocardites infectieuses aigues et chroniques dont 10% peuvent évoluer vers la cardiomyopathie dilatée (CMD). Les mécanismes moléculaires viraux impliqués dans la progression de la myocardite aiguë vers le stade de la CMD ne sont pas élucidés.L’analyse par séquençage NGS a montré chez 8 (33%) des 24 patients atteints de CMD inexpliquée l’existence de populations majoritaires tronquées de 19 à 50 nucléotides associées à des formes virales minoritaires complètes. La proportion de populations tronquées s’est révélée négativement corrélée au ratio ARN+/ARN- et à la charge virale. Des études immuno-histologiques et par hybridation in situ des tissus cardiaques ont montré que le clivage de la dystrophine était uniquement retrouvé dans les cardiomyocytes infectés par les EV-B. Pour étudier les activités de réplication des populations d’EV-B persistants, un réplicon (CVB3-emGFP) a été généré à partir d’une souche cardiotrope (CV-B3/28). La transfection d’ARN de synthèse complets et tronqués (d50) dans des cultures de cardiomyocytes humains primaires a mis en évidence des mécanismes de recombinaison et/ou de trans-complémentation entre ces 2 formes virales induisant de faibles activités de réplication.Nos résultats démontrent l’existence de mécanismes de coopération moléculaire entre des populations d’EV-B tronquées et complètes qui pourraient expliquer la mise en place du mécanisme de persistance virale observée au cours de la phase clinique de CMD. Ces résultats pourraient contribuer au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour prévenir et traiter les infections cardiaques à EV-B. / Enteroviruses group B (EV-B) and more specifically Coxsackievirus B are recognized as major causes of acute and chronic infectious myocarditis, which 10% may progress towards dilated cardiomyopathy (DCM). Viral molecular mechanisms involved in the progression from acute myocarditis to the clinical stage of DCM remain unknown.Deep sequencing analysis showed in 8 (33%) of 24 unexplained DCM patients the existence of major CVB3 populations with deletions of 19 to 50 nucleotides associated with a minority of complete viral forms. The proportion of deleted viral populations was negatively correlated with RNA+/RNA- ratio and the viral load levels. Immuno-histological and in situ hybridization assays of DCM cardiac tissues demonstrated that the cleavage of dystrophin was found only in cardiomyocytes infected with EV-B. To study the replication activities of persistent EV-B populations, a replicon (CVB3-emGFP) was generated from a cardiotropic strain (CV-B3/28). Transfection of synthesized complete and truncated (d50) viral RNAs in primary human cardiomyocytes cultures revealed mechanisms of recombination and / or trans-complementation between these two viral forms inducing low replication activities.In conclusions, our original results demonstrated the existence of new molecular mechanisms of cooperation between EV-B deleted and complete viral populations that could explain the development of a viral persistence mechanism observed during the clinical phase of DCM. These findings may contribute to the development of new therapeutic strategies to prevent and treat persistent heart EV-B infections.

La cardiomyopathie dilatée (CMD) est caractérisée par une fraction d’éjection (FE) réduite, une fonction systolique altérée, une désorganisation de la matrice extracellulaire et des défauts métaboliques. Dans différents modèles de CMD, le niveau d’expression de la nicotinamide riboside kinase 2 (Nmrk2) impliquée dans la synthèse du NAD, un coenzyme majeur du métabolisme énergétique et une molécule de signalisation, est augmenté. NMRK2 est identique à « Muscle Integrin Binding Protein » se liant à l’hétérodimère intégrine β1/α7. Le rôle de Nmrk2 dans le cœur n’est pas connu. Les souris Nmrk2-KO jeunes développent une réponse hypertrophique concentrique normale en réponse à l’angiotensine II et à la constriction aortique. Les échocardiographies jusque 8 semaines post-TAC et au cours du vieillissement à l’état basal, montrent une diminution plus sévère de la FE et un développement de CMD. Les RT-QPCR montrent une augmentation du niveau d’expression de l’isoforme lente β de myosine. NMRK2 n’est pas requise pour maintenir le taux de NAD dans le cœur en réponse aux traitements pro-hypertrophiques et à un âge jeune. Par contre, au cours du vieillissement, les niveaux d’expression de Nmrk1 et Nampt sont diminués et à 24 mois, le NAD myocardique est réduit de 50% chez les souris Nmrk2-KO. A ce même âge, le complexe α7β1 est réduit. Les analyses histologiques montrent un défaut du dépôt de la laminine, la présence d’une fibrose et un élargissement de l’espace intercellulaire chez le mutant Nmrk2-KO. NMRK2 est requise pour préserver la fonction et la structure cardiaque et l’homéostasie du NAD à un âge avancé. Des composants moléculaires modulant sa voie pourraient être une option thérapeutique. / Dilated cardiomyopathy (DCM) is a severe heart disease characterized by reduced ejection fraction, altered systolic function, extracellular matrix disorganization and metabolic defects. In different mice models of DCM, the expression of the nicotinamide riboside kinase 2 (Nmrk2) implicated in the synthesis of NAD, a major coenzyme in energy metabolism and a signaling molecule, is increased. NMRK2 is similar to the muscle integrin binding protein (MIBP) that binds to the integrin α7β1 heterodimer. The role of Nmrk2 in the heart is unknown. Young Nmrk2-KO mice develop a normal cardiac hypertrophic response to angiotensin-II exposure and transverse aorta constriction (TAC) but follow-up echocardiography until 8 weeks post-TAC and during aging from 5 to 24 months revealed a more severe decrease in the EF and the development of a DCM phenotype. RT-qPCR analysis of cardiac mRNAs showed an increase in the slow, cardiac, β myosin heavy chain isoform starting at 12 months. NMRK2 was not essential to maintain myocardial NAD levels in response to pro-hypertrophic treatments and in young adults. However Nmrk1 and Nampt expression level declined strongly with aging and Nmrk2-KO mice displayed a 50% reduction in myocardial NAD levels at 24 months. The α7β1 integrin complex was repressed at this age. Immunofluorescent analyses and electron microscopy revealed a defect in laminin deposition and enlarged intercellular space in the Nmrk2-KO heart. The Nmrk2 gene is required to preserve cardiac function and structure during aging and becomes indispensable for maintaining NAD at late age. Molecular characterization of compounds modulating this pathway could give future therapeutic prospect.

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.

La dystrophie musculaire de Duchenne est une maladie neuromusculaire qui touche 1 enfant sur 3500, liée au chromosome X, caractérisée par l’absence de dystrophine, protéine située sous le sarcolemme qui confère stabilité à la membrane cellulaire en connectant l’actine du cytosquelette avec la matrice extracellulaire. Elle fait partie d’un complexe multi protéique, nommé « dystrophin associated protein complex (DAPC)», qui contient, entre autre, le -dystroglycane et l’oxyde nitrique synthase (NOS). Son absence cause la dérégulation de l’homéostasie calcique, la nécrose tissulaire, l’accumulation de tissu graisseux et fibreux, l’incapacité de mouvement et des déficits cardiaques et respiratoires qui aboutissent au décès des patients. Mon travail avait comme objectif l’amélioration de différents aspects du phénotype dystrophique. J’ai utilisé des molécules capables d’activer deux voies de signalisations (la voie du NO et l’inhibition des histones deacetylase (HDAC)), connues pour induire l’amélioration du phénotype dystrophique chez la souris mdx, modèle de la maladie. Plus particulièrement, j’ai testé chez la souris, deux mode d’administration du butyrate d’arginine (AB), la drogue de référence car déjà utilisée en clinique sur des jeunes patients pour une autre indication, par gavage et par injection intrapéritonéale. J’ai étudié aussi deux nouvelles molécules dérivées du AB, qui pourraient être administrées par voie orale et être efficace à faible dose : le 3-Hydroxybutyrate arginate (ABE) et le N-butyril arginine (ABA). AB, ABE et ABA ont été testés in vitro sur les myotubes de patients dystrophiques et in vivo sur des souris mdx. L’administration orale du AB a les mêmes effets positifs que l’injection intrapéritonéale chez les souris mdx. Ces résultats démontrent que l’administration par voie orale doit être prise en considération lors des futurs essais cliniques. Dans un deuxième temps, je me suis focalisée sur les défauts cardiaques. Un suivi par échocardiographie mensuelle a été réalisé sur des souris de 8 mois traitées avec du AB. En parallèle nous avons analysé les effets de l’administration par voie orale du AB sur les déformations de la colonne vertébrale. Enfin, les altérations des signaux de l’électromyogramme (réalisé avec une méthode non invasive développée en clinique et appliquée pour les animaux) ont été également analysées. L’ensemble des résultats obtenus montre que le AB est capable de préserver l’activité cardiaque, d’empêcher la déformation de la colonne vertébrale et de rétablir les paramètres d’excitabilité axonale mesurés chez les souris traitées.Différentes concentrations des ABE et ABA ont été testé in vivo et observé à des faibles doses les mêmes résultats bénéfiques sur de nombreux paramètres structuraux et fonctionnels, que ceux obtenu avec une dose importante de AB (800mg/kg/j). Les deux nouvelles drogues peuvent être administrées à une dose 10 fois inferieur que la dose de AB pour obtenir les mêmes effets. J’ai testé aussi in vitro, sur des cellules musculaires humaines, la capacité des deux produits à induire une augmentation des niveaux intracellulaires d’utrophine et des protéines associées (β-dystroglycan et la myosine embryonnaire). J’ai aussi démontré qu’une augmentation de l’expression de l’utrophine et des protéines associées pouvait être induite par les inhibiteurs d’HDAC (le butyrate, la trichostatine A, l’acide valproique et l’isobutyramide). Enfin, une étude portant sur l’homéostasie calcique a été réalisé car des altérations de cet équilibre sont en partie responsables de la nécrose/dégénérescence du tissue musculaire. En particulier, l’activité spontanée du Ca2+, enregistrée sur le myotubes humaine, été fortement réduite après un traitement agissant sur la voie d’activation du NO et/ou par des inhibiteurs des HDAC. L’ensemble des résultats obtenus apportent la preuve des effets bénéfiques du AB et de ses dérivés sur la DMD, a travers la voie du NO et en inhibant les HDAC. / Duchenne muscular dystrophy is a X-linked progressive neuromuscular disease affecting 1:3500 boys at birth. It is caused by the absence of dystrophin, a subsarcolemmal protein that confers membrane stability linking cytoskeletal actin to the extracellular matrix. It is part of a multi-protein complex called dystrophin associated protein complex (DAPC), which contains, among the other components, -dystroglycan and nitric oxide synthase (NOS).The consequences of the absence of dystrophin are: deregulation of calcium homeostasis, tissues necrosis, progressive accumulation of fat and fibrosis, inability of the movements and cardiac and respiratory failures that lead to patient’s death, around the age of 20-30 years.The objective of my PhD work is to ameliorate different aspects of dystrophic phenotype. In particular I have tested two different ways of administration of arginine butyrate (AB), the reference drug, through feeding-force and intraperitoneal injection. Meanwhile I have studied two new pharmacological molecules, AB derived, which could be administered orally to DMD patients. These compounds are: 3-Hydroxybutyrate arginate (refer as ABE) and N-butyryl arginine (refer as ABA). All of these molecules partially restore dystrophic phenotype activating two independent pathways (both the nitric oxide pathway and the inhibition of the histone deacetilase), which are known to be beneficent for mdx mice.AB, ABE and ABA have been tested in vitro on human DMD myotubes and in vivo on the mdx mice. The first goal of my project is the observation that the positive effects obtained after intraperitoneal injections of AB can be detected also after oral protocol, promoting the idea that the oral way has to be developed for future clinical trials. I have focused my attention on heart defaults; in particular, starting from the 8th month, a monthly study on heart activity based on echocardiography has been performed on mdx mice treated with AB. We addressed the potential profits of the oral administration of arginine butyrate on vertebral column deformation and electromyogram defaults, with a non-invasive automatized method developed in clinic and then applied to animals. The results collected from these experiments show that AB preserve heart activity, reverse vertebral column deformity and all the axonal excitability parameters that were modified in saline-treated mdx mice.In complement, I have tested different concentrations of ABE and ABA in vivo. The positive effects on many structural and functional dystrophic parameters, previously obtained with high dose of AB administered per os (800 mg/kg/d), has been observed with doses 10 times lower with both new compounds.In parallel, both products were tested in vitro on human muscular cells cultures to investigate their capacity to increase utrophin level. Moreover, the potential ability of histone deacetylase inhibitors (byturate, valproic acid, trichostatin A and isobutyramide) to increase the expression of utrophin and related proteins (-dystroglycan and embryonic myosin) has been studied. Finally, the alteration of calcium homeostasis, largely implicated in the cascades resulting in muscle necrosis/degeneration, was investigated. The spontaneous Ca2+ activity recorded in patient myotubes, i.e. without sarcolemmal integrity was strongly reduced after treatment acting on the NO-pathway activation and/or with HDAC inhibitors. All together, these data constitute a proof of principle of the beneficial effects of arginine butyrate and its derivates on muscular dystrophy, by enhancing NO pathway and inhibiting HDAC.