L'apport des biomarqueurs aux urgences est bien documenté. Depuis l'apparition de la myoglobine et de la troponine pour le diagnostic de syndrome coronaire aigu (SCA), de multiples marqueurs ont été développés pour l'aide au diagnostic de multiples pathologies aux urgences. Certains biomarqueurs sont même intégrés à la définition de syndromes ou pathologies comme le SCA avec la troponine, ou le sepsis sévère avec le lactate. Nous abordons dans ce travail l'approche multimarqueurs, qui consiste à combiner le dosage de plusieurs biomarqueurs pour améliorer les performances diagnostiques ou pronostiques. L'hypothèse de base de ce travail est que l'association d'un marqueur sensible, généraliste, avec un marqueur spécifique de pathologie ou de dysfonction d'organe, permettrait d'améliorer la prise en charge diagnostique ou la stratification du risque aux urgences. On illustre cette approche dans trois cas particuliers : la prédiction du sepsis sévère, le diagnostic du syndrome coronaire aigu, et l'évaluation du risque après une crise convulsive. Plusieurs méthodes sont envisagées pour combiner plusieurs biomarqueurs, et on développera ici la détermination de la meilleure combinaison linéaire pour obtenir une discrimination optimale. / The added value of biomarkers in the emergency settings is well reported, in various pathologies. Since the burst of myoglobin and troponine for the diagnosis of myocardial infarction (MI), various biomarkers have been developed and adopted for diagnostic purposes in different pathologies. Some of them are part of the very definition of specific syndrom or disease (MI with troponin, or severe sepsis with lactate). We present here the multimarker approach in the emergency department – a strategy that combines the results of several different biomarkers to enhance diagnostic or prognostic performances. We made the hypothesis that the association of a sensitive and generalist biomarker, with an organ or syndrome specific one, would result in better performances.We illustrate here this strategy in three particular cases: the prediction of severe sepsis, the diagnosis of acute coronary syndrome, and the risk stratification after a convulsive seizure. Several methods are considered for the combination of biomarkers, and we will focus on the determination of the best linear combination.

Notch3, récepteur exprimé dans les cellules musculaires lisses (CML), est impliqué dans la maturation des artères de résistance. La délétion de Notch3 aggrave les atteintes cardiaques induites par une hypertension artérielle (HTA), mais les mécanismes impliqués sont inconnus. Mes objectifs étaient de déterminer le rôle de la voie Notch3 dans le myocarde lors du remodelage cardiovasculaire induit par une surcharge de pression ou de débit. Nous avons étudié l'impact de l'absence de Notch3 lors l'HTA induite par l'Angiotensine II via deux modèles de souris (1- Notch3 KO et 2- invalidation induite de cette voie dans les CML, via RBPJk). Nous montrons que la voie Notch3-RBPJk est nécessaire à l'intégrité coronaire à l'âge adulte. Lors d'une HTA, son absence altère la réponse vasculaire et la microcirculation conduisant à un stress oxydant et une inflammation cardiaque. Puis, nous avons exploré les conséquences d'une surcharge de débit (exercice physique chez le mâle ou gestation chez la femelle Notch3-/-). Les mâles Notch3-/- ne présentent pas de signes de réponse angiogénique après 5 semaines de course, mais ce protocole a un effet bénéfique sur l'hypertrophie cardiaque. En parallèle, l'analyse des coeurs femelles Notch3-/- montre un défaut artériolaire similaire aux mâles Notch3-/-, mais sans hypertrophie ventriculaire. En post-partum, la densité capillaire augmente chez ces souris. Alors que le c¿ur post-partum se caractérise par un environnement anti-angiogénique, ces voies ne sont pas activées chez les femelles Notch3-/-. Ces résultats démontrent que la voie Notch3 est nécessaire à la réponse adaptative du réseau coronaire en réponse à une surcharge de pression ou de débit / Notch3, a receptor expressed in the smooth muscle cells (SMC), is involved in the maturation of resistance arteries. Notch3 knockout aggravates cardiac disorders induced by hypertension (HT), however mechanisms are unknown. My objectives were to determine the role of Notch3 signaling during cardiovascular remodeling induced by pressure or volume overload. First, we studied the Angiotensin II-induced HT consequences on two mouse models (1- congenital: Notch3 KO or 2- induced invalidation of Notch signaling in SMC via RBPJκ). We showed that Notch3-RBPJκ signaling is required for the maintenance of coronary structure in the adult. During HT, Notch3 signaling defect impaired the media hypertrophic response and the microvasculation leading oxidative stress and inflammation. Then we aimed to define the consequences of volume overload (moderate exercise training in males or pregnancy in female Notch3-/- mice). The Notch3-/- males doesn’t exhibit any signs of angiogenic responses in the microvascular compartment after 5 weeks of exercise training, however this protocol had positive effect on the basal hypertrophy. In parallel, female Notch3-/- mice exhibited the same arteriolar defect as males, without ventricular hypertrophy, suggesting a better adaptation. The post-partum hearts showed a microvascular adaptation in these mice. While cardiac status in post-partum is characterized by an anti-angiogenic environment leading to a physiological hypertrophy regression, these signaling pathways didn’t seem to be active in the Notch3-/- mice. These results showed that Notch3 signaling pathway was necessary to the adaptive coronary network response to pressure or volume overload.

Nous avons montré que la molécule recombinante humaine CD146 soluble (rh-sCD146) a un effet chimiotactique et angiogénique sur les cellules dérivées de progéniteurs endothéliaux (PEC) en augmentant leur capacité à migrer, à proliférer et à former des pseudo-capillaires. Des expériences réalisées in vivo sur un modèle d'ischémie de la patte chez le rat ont montré que des injections locales répétées de rh-sCD146 permettent une diminution significative du taux d'auto-amputation des animaux et une augmentation du taux de perfusion sanguin de la patte et de la densité capillaire. Dans une 2ème partie du travail, nous avons montré que l'angioplastie coronaire induit une hausse significative du nombre de cellules endothéliales circulantes (CEC) 6h après l'intervention (H6). Les lésions endothéliales, évaluées par la mesure de la variation du nombre de CEC (H6-H0), sont plus élevées chez les non-répondeurs par rapport aux bons répondeurs au Clopidogrel et sont corrélées à l'index VASP / We showed that the recombinant human soluble CD146 (rh-sCD146) has a chemotactic and angiogenic effect on endothelial progenitor derived cells (EPC) by increasing their ability to migrate, to proliferate and to form pseudo- capillaries. In an in vivo experiments model of ischemia in the rat by femoral artery ligation we showed that repeated local injections of rh-sCD146 for 12 days allows a significant reduction in the rate of animals self-amputation and an increase in the rate of blood perfusion of the leg and in the capillary density. In a second part of the work, we have shown that percutaneous coronary intervention induced a significant rise in circulating endothelial cells (CEC) levels 6h after the procedure (H6). The endothelial injury, assessed by CEC delta-change between H6 and H0, was significantly higher in the high on-treatment platelet reactivity group compared with the good responders to Clopidogrel and correlated with the Vasodilatator-Stimulated Phosphoprotein index

Partie I : Objectifs. Ce travail propose une étude anatomique du coeur de porc afin d’élaborer des recommandations pour la réalisation d’une chirurgie cardiaque expérimentale. Matériels et méthodes. 16 porcs ont été étudiés. Le réseau coronaire artériel a été étudié chirurgicalement (n=13) et angiographiquement (n=10). Le réseau veineux coronaire a été analysé par dissections anatomiques (n=13) et injections rétrogrades de bleu de méthylène via le sinus coronaire (n=8). Résultats. Le positionnement intrapéricardique spécifique du coeur de porc, limite l’accès à l’aorte ascendante et à l’oreillette droite et nécessite des précautions particulières pour la réalisation d’une sternotomie et d’une canulation de l’aorte ascendante avec cardioplégie antérograde par la racine de l’aorte. Le réseau coronaire artériel est comparable au réseau humain (réseau droit dominant: 70%). Le sinus coronaire reçoit 4 afférences contre 3 chez l’homme. L’étude de la distribution de surface du réseau veineux nécessite la ligature préalable de la veine azygos gauche et confirme une asymétrie de perfusion au détriment du VD. La paroi antérieure du VD étant drainée par des petites veines cardiaques indépendantes du sinus coronaire. Conclusions. La connaissance des spécificités anatomiques cardiaques du porc a permis d’établir des recommandations pour la réalisation du modèle d’autorétroperfusion myocardique et plus largement de procédures chirurgicales cardiaques expérimentales sécurisées. Partie II : Objectifs. La perfusion rétrograde dans le sinus coronaire est utilisée pour la diffusion d’une solution de cardioplégie. Nous avons développé un modèle porcin d’autorétroperfusion myocardique à coeur battant (SMR) utilisant le réseau veineux coronaire pour assurer l’oxygénation du myocarde ventriculaire gauche. Ce modèle nous a permis d’évaluer les réponses hémodynamiques et cardiaques induites par SMR avant et après occlusion de l’artère IVA. Matériels et Méthodes. Une dérivation entre l’aorte ascendante et le sinus coronaire a été mise en place pour assurer une perfusion rétrograde sélective de la grande veine coronaire en sang oxygéné (SMR). Un groupe Contrôle (n=6) a permis de collecter des données physiologiques de référence et un groupe SMR (n=6) a été spécifiquement dédié à l’évaluation du concept d’autorétroperfusion myocardique après occlusion de l’artère IVA pendant au moins 240 minutes. Le débit cardiaque (CO), la pression maximale intra-VG (Pmax in-LV), le volume éjecté (SV), la fraction d’éjection ventriculaire gauche (FEVG), la durée diastolique (DD), la fréquence cardiaque (HR) et la pression artérielle systémique ont été monitorés en continu durant la période d’autorétroperfusion au moyen d’un cathéter de conductance type Millar® avant et après occlusion de l’IVA. La qualité de la perfusion systémique périphérique a été évaluée par l’analyse de la microcirculation sublinguale. En fin de procédure, les coeurs étaient prélevés pour une analyse histologique. Résultats. L’évaluation échographique de la FEVG était biaisée par la sternotomie alors que celle réalisée par le cathéter de conductance ne l’était pas. Le débit cardiaque après sternotomie a chuté en moyenne de 7.51% (P < 0.05). L’autorétroperfusion avec artère IVA perméable a généré des effets inotropes positifs, caractérisés par une augmentation du CO, du SV, de la Pmax in-LV et de la FEVG (P <0.0001). Après occlusion de l’IVA, l’autorétroperfusion a assuré, durant 240 minutes, une oxygénation myocardique et une compensation hémodynamique garantissant la préservation de la perfusion périphérique. L’analyse histologique a confirmé l’absence d’infarctus myocardique. Conclusions. L’autorétroperfusion myocardique a confirmé des propriétés inotropes positives et protectrices contre l’ischémie ouvrant des perspectives d’applications intéressantes / Part I: Objectives. This work reports an anatomic study of swine heart in order to produce technical recommendations and achieve successful experimental cardiac surgical procedures. Methods. 16 swines were studied. Coronary artery vessels were surgically (n=13) and angiographically (n=10) assessed. Coronary venous vessels were studied by anatomic dissections (n=13) and retrograde injection of methylene blue through the coronary sinus (n=8). Results. Specific pericardial positioning of swine heart dramatically differs from human heart resulting in a limited access to ascending aorta and right atrium, requiring surgical precautions to perform a safe sternotomy and canulation of ascending aorta with an antegrade cardioplegia. Arterial coronary pattern is similar to that of humans (right dominant supply: 70%). Pig coronary sinus receives 4 main branches vs 3 in human sinus. Preliminary ligation of the left azygos vein is required to visualize the surface distribution of methylene blue within the venous vessels, thereby confirming an optimized perfusion of the left ventricle whereas the right ventricle remains poorly perfused. This asymmetry of perfusion results from a specific venous drainage of the right ventricle through small cardiac veins disconnected from coronary sinus. Conclusions. Anatomic knowledge of swine heart validated surgical guidelines for designing the model of self-myocardial retroperfusion and safely performing experimental cardiac surgical procedures. Part II: Background. Retrograde perfusion into the coronary sinus is used to deliver cardioplegia. We developed an in-vivo porcine beating-heart model of self-myocardial retroperfusion (SMR) using the venous route to supply myocardial oxygenation and sought to assess hemodynamic and cardiac responses triggered by SMR before and after a prolonged occlusion of the LAD.Methods. A bypass-line between the ascending aorta and the coronary sinus was made to perform a selective retrograde perfusion of the great cardiac vein with oxygenated blood (SMR). A Control group (n=6) was assigned to collect baseline data, and an SMR group (n=6) was dedicated to undergo SMR with occlusion of LAD for 240 minutes. Cardiac output (CO), maximal pressure in the LV (Pmax in-LV), stroke volume (SV), left ventricular ejection fraction (LVEF), diastolic durations, heart rate, and arterial systemic pressure were evaluated with conductance catheters for the following periods: basal (before SMR), SMR with patent LAD, and SMR with occluded LAD. In order to assess peripheral perfusion, patterns of sublingual microcirculation were analyzed. At the end of the procedures, the hearts were harvested for histology. Results. Echographic LVEF evaluation was affected by sternotomy, but conductance catheter evaluation was not. Following pericardiotomy, CO decreased by 7.51% (P < 0.05). SMR with patent LAD showed inotropic properties with improvements in CO, SV, Pmax in-LV and LVEF (P < 0.0001). Following LAD occlusion, SMR supplied myocardial oxygenation with hemodynamic compensation and preserved the peripheral perfusion. Histology confirmed no signs of infarct. Conclusions. SMR showed capacities to produce inotropic effects and protect against ischemia, opening interesting potential applications

Le cil primaire est un organite présent à la surface de la plupart des cellules de Vertébrés. Il participe à l’organogénèse en régulant l’activité de voies de signalisation comme la voie Hedgehog. Une dysfonction du cil primaire mène à des maladies rares, sévères et pléiotropiques, les ciliopathies, qui peuvent inclure des défauts cardiaques. Cependant, le rôle que le cil primaire joue dans la morphogénèse cardiaque est encore mal compris. Le projet principal de la thèse porte sur l’étude du rôle du cil primaire des cellules cardiaques dans le développement du cœur. Dans ce but, nous avons utilisé un modèle murin de délétion conditionnelle de Ift20, un gène essentiel pour la ciliogénèse. La délétion est contrôlée par l’allèle Mesp1Cre exprimé dans la plupart des précurseurs précoces cardiaques. A la naissance, les mutants conditionnels présentent des défauts importants de septation des voies efférentes et des chambres cardiaques, les oreillettes et les ventricules. Ces défauts sont similaires à ceux caractérisés dans les mutants de la voie Hedgehog. Nous avons également identifié de nouveaux phénotypes associés à la suppression du cil. Les mutants présentent une augmentation significative de la taille du ventricule droit et des malformations du réseau de vascularisation coronaire. Pour mieux comprendre la cause des défauts de croissance observés à la naissance, nous avons analysé les comportements cellulaires sous-jacents. Aucune différence significative des taux de prolifération, de la taille et de la proportion des types cellulaires n’a été détectée au stade prénatal, suggérant que ces défauts ont une origine développementale plus précoce. Des expériences sont en cours pour déterminer les mécanismes moléculaires des défauts observés. Dans le cadre d’une collaboration avec le laboratoire de Julien Vermot, à Strasbourg, nous avons étudié le rôle du cil primaire dans le développement du proépicarde, un organe précurseur de l’épicarde du cœur mature. Nous avons montré que les embryons mutants Ift20 constitutifs présentent une augmentation significative du volume du proépicarde. Des analyses sont en cours pour identifier les voies de signalisation impliquées dans ce phénotype. Les travaux effectués durant ce projet de thèse ont permis de caractériser de nouveaux rôles du cil primaire dans le développement cardiaque. Nos résultats participent à une meilleure compréhension des ciliopathies et des défauts cardiaques qui leur sont associés. / The primary cilium is an organelle present at the surface of most of Vertebrate cells. It is involved in organogenesis by regulating signalling pathways such as Hedgehog signalling. Primary cilium dysfunction leads to severe, rare and pleiotropic diseases, ciliopathies, which can include cardiac defects. Howevr, the role that the primary cilia plays in cardiac morphogenesis is still poorly understood. The main project of the PhD focuses on the study of the role of primary cilia in cardiac cells during heart development. We have used a mouse mode of conditional deletion of Ift20, a gene essential for ciliogenesis. The deletion is controlled by the Mesp1Cre allele, expressed in the majority of cardiac precursors. At birth, conditional mutants display severe defects in septation of the outflow tract, the atria and the ventricles. These defects are similar to the ones characterized in Hedgehog signalling mutants. We also have identified novel phenotypes linked to cilium suppression. The mutants display a significant increase in the size of the right ventricle and defective coronary vasculature development. To better understand the growh defects observed at birth, we analysed the underlying cell behaviour. No significant differences in the proliferation rates, nor in the size and proportions of different cell types were detected at prenatal stages, suggesting that these defects have an earlier developmental origin. Experiments are underway to determine the molecular mechanisms of the observed defects. In collaboration with the laboratory of Julien Vermot, in Strasbourg, we studied the role of the primary cilium in the development of the proepicardium, a precursor organ of the mature epicardium. We have shown that Ift20 constitutive mutants show a significant increase in proepicardial volume. Analyses are ongoing to identify the signalling pathways involved in this phenotype. The works performed during this PhD project allowed the characterization of new roles for the primary cilium in cardiac development. Our results participate in a better understanding of ciliopathies and their associated cardiac defects.

Pour rétablir, ou maintenir, le flux coronarien dans des artères en partie ou totalement obstruées, on implante une endoprothèse qui a la forme d'un petit ressort métallique. Cependant, la pose de ces stents conduit dans 5 à 20% des interventions à une lente réocclusion qui naît en partie de la réponse des cellules pariétales aux efforts hémodynamiques.<br /><br />Notre étude vise donc à établir numériquement (à l'aide du logiciel Star-CD) et expérimentalement (par PIV et PSV) la topologie de l'écoulement intra stent, mais aussi à quantifier les niveaux de contraintes pariétales au sein du design, en écoulement newtonien et non newtonien. En préambule, une synthèse bibliographique des réponses des cellules constitutives de la paroi artérielle à différents niveaux de contrainte de cisaillement est proposée. La connaissance de ces réponses différenciées des cellules endothéliales et musculaires lisses permet alors de proposer une estimation des régions favorables à la resténose, via le calcul des contraintes de cisaillement qui leurs sont appliquées.<br /><br />Notre étude paramétrique bidimensionnelle a permis de démontrer la prépondérance de la hauteur des branches sur les risques de resténose. Les résultats tridimensionnels permettent d'estimer les lieux d'une activité mitogénique potentiellement anormale, ainsi que le caractère non newtonien et quasi-stationnaire de l'écoulement intravasculaire au niveau de la paroi artérielle.

Le surpoids et l'obésité, en constante augmentation à l'échelle mondiale à un rythme exponentiel, conduit au développement du syndrome métabolique et du diabète de type 2. Plusieurs études ont mis en évidence l'association entre l'excès de masse grasse, en particulier dans la région abdominale, et le développement des maladies cardiovasculaires. Une telle augmentation de masse grasse corporelle caractérise le vieillissement normal, qui est considéré per se comme un facteur de risque majeur pour les maladies cardiovasculaires. De plus, dans le monde industrialisé, l'incidence des maladies cardiovasculaires est encore plus élevée et fortement liée aux habitudes occidentales (régimes obésogènes, sédentarité) qui contribuent à l'accumulation de la graisse abdominale. L'objectif général de ce travail consiste à suivre les changements corporels qui surviennent entre la jeunesse et l'âge moyen où commence à survenir les complications cardio-vasculaires et à savoir comment l'obésité induite par l'alimentation peut modifier ces aspects. Dans un premier temps, nous avons montré que les coeurs des rats Wistar d'âge moyen sont caractérisés par une moindre restauration de l'activité mécanique cardiaque au cours de la réperfusion post-ischémique en raison de perturbations de la perfusion coronaire et d'une insuffisance de l'apport en oxygène. La présence d'un stress oxydant systémique suite à l'augmentation de la masse grasse survenant entre la jeunesse et l'âge adulte est également en cause. Une diminution progressive de la dilatation endothélium-dépendante des microvaisseaux coronaires est également observé avec le vieillissement, ce qui résulte d'une évolution différentielle du comportement fonctionnel des cellules endothéliales et musculaires lisses apparemment liée au métabolisme énergétique et au stress oxydant. L'obésité induite par un régime riche en graisse provoque un certain nombre de modifications corporelles, métaboliques et cardiovasculaires au cours de cette période du vieillissement. L'excès de masse grasse abdominale induit une augmentation du stress oxydant aux niveaux systémique, cytosolique et mitochondrial accompagné par des altérations biochimiques concernant le métabolisme du glucose et les niveaux plasmatiques de cholestérol et de triglycérides. L'obésité induite par une hyperphagie et la présence d'un diabète de type 2 chez les rats Zucker obèses diabétiques provoque également une insulino-résistance sévère. Ces deux modèles d'obésité sont caractérisés par une diminution de la fonction cardiaque ex vivo liée au métabolisme énergétique mitochondrial et au stress oxydant. En outre, ils sont tous les deux caractérisés par une adaptation des microvaisseaux coronaires dont la réactivité est augmentée dans le cas de régime riche en graisse et maintenue dans le cas du diabète. Ces adaptations sont dues à des mécanismes différents dans les deux modèles d'obésité. Elles permettent de mieux répondre aux exigences métaboliques élevées liées à l'obésité. En conclusion, notre travail montre que les caractéristiques corporelles et métaboliques, le métabolisme énergétique mitochondrial, la fonction cardiaque et la réactivité coronaire sont modifiés lors du vieillissement dans les conditions normales ou obésogènes. Ces résultats encouragent la recherche ultérieure des mécanismes mis en jeu. Les interventions visant à réduire la masse grasse, qu'elle soit spontanément accrue par l'âge ou qu'elle résulte du régime alimentaire, seraient d'un grand intérêt pour retarder les complications cardiovasculaires.

L'angiographie par rayons X est la modalité d'imagerie médicale la plus utilisée pour l'exploration des pathologies des vaisseaux coronariens. La routine clinique actuelle repose sur l'utilisation brute des images angiographiques. Pourtant, ces images présentent des défauts tels que le raccourcissement des longueurs, l'effet de grandissement ou la présence de superpositions. Ces faiblesses peuvent fausser le diagnostic et le choix thérapeutique. Nous proposons d'exploiter un nouveau mode d'acquisition angiographique, le mode rotationnel, pour produire des modélisations tridimensionnelles et dynamiques de l'arbre coronaire. Ces modélisations permettraient de s'affranchir des défauts intrinsèques aux images. Notre travail se compose de trois étapes. Dans un premier temps, une reconstruction 3D multi-oculaire donne un modèle statique des lignes centrales des artères coronaires, prenant en compte le mouvement respiratoire. Par la suite, un mouvement 4D des artères coronaires est determiné sur l'ensemble du cycle cardiaque. Enfin, la connaissance des mouvements respiratoire et cardiaque permet de réaliser la reconstruction tomographique des artères coronaires. Nous avons testé notre approche sur une base de 22 patients et avons proposé de nouveaux outils et applications cliniques à partir de ces modélisations tridimensionnelles et dynamiques. Ces outils diagnostiques ont été prototypés et feront l'objet d'une validation clinique.

Le surpoids et l'obésité, en constante augmentation à l'échelle mondiale à un rythme exponentiel, conduit au développement du syndrome métabolique et du diabète de type 2. Plusieurs études ont mis en évidence l'association entre l'excès de masse grasse, en particulier dans la région abdominale, et le développement des maladies cardiovasculaires. Une telle augmentation de masse grasse corporelle caractérise le vieillissement normal, qui est considéré per se comme un facteur de risque majeur pour les maladies cardiovasculaires. De plus, dans le monde industrialisé, l'incidence des maladies cardiovasculaires est encore plus élevée et fortement liée aux habitudes occidentales (régimes obésogènes, sédentarité) qui contribuent à l'accumulation de la graisse abdominale. L'objectif général de ce travail consiste à suivre les changements corporels qui surviennent entre la jeunesse et l'âge moyen où commence à survenir les complications cardio-vasculaires et à savoir comment l'obésité induite par l'alimentation peut modifier ces aspects. Dans un premier temps, nous avons montré que les coeurs des rats Wistar d'âge moyen sont caractérisés par une moindre restauration de l'activité mécanique cardiaque au cours de la réperfusion post-ischémique en raison de perturbations de la perfusion coronaire et d'une insuffisance de l'apport en oxygène. La présence d'un stress oxydant systémique suite à l'augmentation de la masse grasse survenant entre la jeunesse et l'âge adulte est également en cause. Une diminution progressive de la dilatation endothélium-dépendante des microvaisseaux coronaires est également observé avec le vieillissement, ce qui résulte d'une évolution différentielle du comportement fonctionnel des cellules endothéliales et musculaires lisses apparemment liée au métabolisme énergétique et au stress oxydant. L'obésité induite par un régime riche en graisse provoque un certain nombre de modifications corporelles, métaboliques et cardiovasculaires au cours de cette période du vieillissement. L'excès de masse grasse abdominale induit une augmentation du stress oxydant aux niveaux systémique, cytosolique et mitochondrial accompagné par des altérations biochimiques concernant le métabolisme du glucose et les niveaux plasmatiques de cholestérol et de triglycérides. L'obésité induite par une hyperphagie et la présence d'un diabète de type 2 chez les rats Zucker obèses diabétiques provoque également une insulino-résistance sévère. Ces deux modèles d'obésité sont caractérisés par une diminution de la fonction cardiaque ex vivo liée au métabolisme énergétique mitochondrial et au stress oxydant. En outre, ils sont tous les deux caractérisés par une adaptation des microvaisseaux coronaires dont la réactivité est augmentée dans le cas de régime riche en graisse et maintenue dans le cas du diabète. Ces adaptations sont dues à des mécanismes différents dans les deux modèles d'obésité. Elles permettent de mieux répondre aux exigences métaboliques élevées liées à l'obésité. En conclusion, notre travail montre que les caractéristiques corporelles et métaboliques, le métabolisme énergétique mitochondrial, la fonction cardiaque et la réactivité coronaire sont modifiés lors du vieillissement dans les conditions normales ou obésogènes. Ces résultats encouragent la recherche ultérieure des mécanismes mis en jeu. Les interventions visant à réduire la masse grasse, qu'elle soit spontanément accrue par l'âge ou qu'elle résulte du régime alimentaire, seraient d'un grand intérêt pour retarder les complications cardiovasculaires. / The prevalence of overweight and obesity is increasing worldwide at an alarming rate leading to the development of metabolic syndrome and diabetes mellitus. Previous studies have highlightened the association between fat accumulation, especially in the abdominal area, and the development of cardiovascular diseases. An increase in body and fat mass characterizes normal aging, which is considered per se the major risk factor for cardiovascular diseases. In the industrialized societies, the incidence of cardiovascular diseases occurring with age is even more increased due to the Western-world lifestyle habits (e.g. obesogenic diets, sedentariness) that contribute to excess fat accumulation. Accordingly, the overall goal of this work was to understand how body changes occurring from youth to middle age were related to middle age cardiovascular complications and how diet-induced obesity altered these aspects. Initially, we demonstrated that in normal aging middle-aged hearts of Wistar rats were characterized by lower restoration of the cardiac mechanical activity during reperfusion ex vivo due to impaired recovery of the coronary flow and insufficient oxygen supply. This was also related to the presence of increased systemic oxidative stress following the increase in fat mass that occurred from youth to young adulthood. A progressive decline in the endothelium-dependent dilatation of the coronary microvasculature also occurred with aging, which was due to different functional behaviours of the endothelial and smooth muscular cells, which appeared to be related to the energy metabolism and oxidative stress. High-fat diet-induced obesity triggered a number of alterations in the body, metabolic and cardiovascular characteristics of the animals during this aging period. The excess abdominal fat accumulation provoked the increase of oxidative stress at the systemic, cytosolic and mitochondrial levels accompanied by biochemical alterations in the glucose and lipid metabolisms such as hypercholesterolemia and hypertriglyceridemia. The hyperphagia-induced obesity and the related type 2 diabetes in the Zucker diabetic fatty rats provoked also severe insulin resistance. Both models of diet-induced obesity were characterized by decreased ex vivo cardiac function related to mitochondrial energy metabolism and oxidative stress. Furthermore, they were both characterized by an adaptation of the coronary microvasculature whose reactivity was enhanced in the first case and maintained in the second, in order to meet the elevated metabolic demands of the hearts due to obesity. These adaptations were due to different mechanisms in these two models of obesity. In conclusion, our work revealed a temporal pattern of changes concerning the body and metabolic characteristics, mitochondrial energy metabolism, cardiac function and coronary microvascular reactivity that occur from youth to middle age either under normal or obesogenic-related conditions. These results encourage further research in order to explain the mechanisms related to these alterations. Interventions aiming at reducing the fat mass that increases with age or diet would be of great interest in an effort to delay the cardiovascular

Les nucléotides cycliques (NC) apparaissent comme des régulateurs majeurs du tonus vasculaire. Produits dans les cellules musculaires lisses (CMLs) par les cyclases, les NC agissent par l’intermédiaire des protéines effectrices qui modulent de nombreux mécanismes régulateurs de la vasomotricité. Les phoshodiestérases (PDEs) qui dégradent les NC assurent le contrôle spatiotemporel de leur réponse biologique. L’objectif de mon travail était de préciser les mécanismes par lesquels le tonus artériel est contrôlé par certaines PDEs. J’ai réalisé cette exploration en utilisant des artères coronaires ou mésentériques de rat, en situation physiologique puis dans un modèle d’insuffisance cardiaque (IC) chronique.Dans la première partie de mon travail, nous nous sommes intéressés au mécanisme par lequel les PDE3 et PDE4 régulent le tonus de l’artère coronaire.Par une approche expérimentale plus intégrée de réactivité vasculaire sur artère coronaires isolées, nous avons montré l’importance du canal potassique BK(Ca) dans l’effet relaxant des inhibiteurs de PDE3 et PDE4. De plus, nous avons constaté une contribution différentielle de ces canaux selon le mode de stimulation de la génération d’un NC, l’AMPc. A l’échelle de la CML, notre étude a permis de suggérer l’existence d’un signalosome impliquant les PDE3/PDE4 et du canal potassique BK(Ca), indiqué par la technique de Proximity Ligation Assay. En accord avec cette hypothèse, le contrôle des BK(Ca) par ces PDEs a pu être mis en évidence par la technique du Patch-Clamp. De manière intéressante, la contribution du couplage fonctionnel entre le canal BKCa et les PDE3 et PDE4 n’a pas été retrouvée dans les artères isolées de rats atteints d’IC. Ceci pourrait être expliqué par une diminution de l’expression des canaux BK(Ca) ainsi que, au moins partiellement, par une raréfaction de leur localisation à proximité de la PDE4B.Dans la deuxième partie de mon travail nous avons exploré les rôles des PDE3, PDE4 et de la PDE2 en particulier, dans la régulation du tonus de l’artère mésentérique de rats atteints d’IC, en comparaison aux rats contrôles. En effet, la contribution de la PDE2 est suggérée par la capacité d’un inhibiteur sélectif de cette enzyme à diminuer la réponse des artères isolées à une stimulation vasocontractante. Nous avons ensuite exploré les effets de cet inhibiteur dans d’autres types de réponses impliquant les NC.L’ensemble de ces travaux ajoute un niveau de complexité à la compréhension des mécanismes de la régulation de la vasomotricité des artères de résistance par les PDEs. Les altérations de cette voie de signalisation que nous avons mises en évidence dans l’IC pourraient contribuer à la dysfonction vasculaire qui accompagne la maladie. / Cyclic nucleotides (CN) appears to be important regulator of vascular tone. Produced in smooth muscle cells (SMCs) by cyclases, CN act through activation of key effectors involved in the regulation of vascular tone. Phoshodiesterases (PDEs), which degrade CN, provide spatiotemporal control of their biological responses. The aim of my work was to understand how vascular tone is controlled by some PDEs and how it is altered during heart failure (HF). For this, I used rat coronary and mesenteric arteries.In the first part of my work, we were interested in defining the contribution of PDE3 and PDE4 in the regulation of coronary tone. Using vascular reactivity technique, we demonstrate the importance of large-conductance Ca2+-activated potassium channel (BK(Ca)) channel in the relaxant effect of PDE3 and PDE4 inhibitor. Moreover, their contribution was different depending on the mode of cAMP production, a type of CN. At the cellular level, Proximity Ligation Assay experiments suggest the existence of a signalosome that involves PDE3/PDE4 andBK(Ca). According to this result, the control of BK(Ca) activity by these PDEs was demonstrated using the Patch-Clamp technique. Interestingly, the contribution of the functional coupling involving the BK(Ca) and PDE3/PDE4 is lost during HF. This may be explained by the decrease of BK(Ca) expression and [BK(Ca)-PDE4B] duplex signal in coronary arteries isolated from HF rat.In the second part of my work, we investigated the role of PDE3, PDE4 and PDE2 particularly, in the regulation of rat mesenteric artery tone during HF. In fact, PDE2 selective inhibitor, decreased the contractile response of isolated arteries. Then, we investigated the effect of PDE2 inhibition in other pathway that involve CN.Our findings underline the complexity of PDEs in the regulation of resistance artery tone. During HF, some CN signaling pathway are impaired leading to vascular dysfunction which can aggravate the pathology.