La maladie d’Alzheimer (MA) touche environ 35 millions de personnes à travers le monde ce qui en fait la première forme de démence. Le principal facteur de risque de cette maladie est l’âge et donc, avec l’augmentation de l’espérance de vie, on pense que ce nombre va doubler d’ici 2025. C’est donc un problème de santé publique. Le mécanisme à l’origine de la MA n’est pas connu, et il n’existe aucun traitement permettant de guérir ou de ralentir efficacement l’évolution des symptômes. Il est donc urgent de mieux comprendre cette maladie afin de proposer aux patients des traitements efficaces. Certaines études épidémiologiques ont montré que l’hypercholestérolémie est un facteur de risque pour la MA. A l’inverse, la prise de statines diminuerait les risques de développer cette maladie. De plus, des études réalisées in vitro et in vivo ont montré que le cholestérol peut favoriser la production des peptides amyloïdes qui sont à l’origine de la formation des plaques, caractéristiques de la MA. Enfin, certaines études ont montré qu’une baisse des niveaux de HDL peut être un facteur de risque pour la MA. Tous ces résultats nous amènent à penser que le métabolisme du cholestérol puisse être altéré dans la MA. La PON1 est une enzyme associée aux HDL. Elle possède des propriétés anti-inflammatoires et anti-oxydantes. Certaines études ont montré que son activité est réduite dans la MA, et que certains de ses polymorphismes sont associés à cette maladie. La PON1 pourrait donc jouer un rôle dans la MA. Mon projet de thèse a pour but d’investiguer si l’efflux du cholestérol est altéré dans la MA, et de comprendre le mécanisme à l’origine de cette éventuelle altération. Il vise également à étudier la PON1 dans la MA. Nos résultats montrent que l’efflux du cholestérol est diminué dans la MA. Cette baisse est due à une perturbation de la fonctionnalité des HDL et non, à une baisse de l’expression du transporteur ABCA1 qui est impliqué dans la première étape de l’efflux du cholestérol. Nos résultats suggèrent que la baisse de fonctionnalité des HDL soit due à leur oxydation, et à une altération de leur structure. Notre étude montre que l’activité paraoxonase est réduite de manière non significative dans la MA supposant donc, une légère baisse de la fonctionnalité de la PON1. De plus, les polymorphismes 192Q/R et 55L/M de la PON1 ne sont pas associés à cette maladie. Enfin, nos résultats montrent que les HDL des personnes Alzheimer sont plus sensibles à l’oxydation probablement du fait d’une baisse de la fonctionnalité de la PON1. En conclusion, dans la MA, les HDL sont oxydés et leur structure est altérée ce qui entraîne une baisse de l’efflux du cholestérol. Une altération de la fonctionnalité de la PON1 pourrait expliquer, en partie, la sensibilité des HDL à l’oxydation.

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

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

Les résultats des études cliniques récentes évaluant l'impact de l'augmentation du HDL-C sur la survenue des maladies cardiovasculaires n'ont pas permis de démontrer une efficacité significative de cette stratégie thérapeutique ciblée sur le HDL-C. L'évaluation de la fonctionnalité des particules HDL dans sa capacité à assurer le retour du cholestérol des tissus périphériques au foie s'avère plus importante que la simple mesure du HDL-C. L'objectif de mes travaux de recherche a été d'évaluer la fonctionnalité des particules HDL en fonction du contexte métabolique, inflammatoire et génétique de chaque individu. Mes travaux de recherche ont démontré que la niacine réduit l'athérogénicité des lipoprotéines durant la période postprandiale modulant par conséquent la fonctionnalité des particules HDL dans la voie du transport inverse de cholestérol. J'ai également montré que certaines pathologies infectieuses associées à des taux bas de HDL-C, entrainent une baisse de la capacité des particules HDL à stimuler l'efflux de cholestérol à travers le macrophage humain. En revanche, j'ai montré que des variations génétiques entrainant des taux élevés de HDL-C ne sont pas associées à une dysfonction des particules HDL dans la voie du transport inverse de cholestérol. Mes travaux soulignent l'importance de considérer que la fonctionnalité des particules HDL est modulée in vivo par des contraintes métaboliques inflammatoires et génétiques d'où il est nécessaire que les thérapies en cours de développement visant à augmenter la fonction des HDL soient résistantes aux modifications métaboliques et inflammatoires afin d'assurer une athéroprotection efficace. / HDL cholesterol as a therapeutic target has been the focus over the past 20 years mainly because its plasma concentrations are inversely correlated with the risk of coronary events. However, recent clinical trials involved the addition of niacin or CETP inhibitors to a statin in patients with CHD who had well controlled LDL-C levels have failed to show evidence of a significant reduction in cardiovascular events. Studies on the capacity of HDL to promote reverse cholesterol transport pathway have suggested that this is a better predictor of prevalent atherosclerotic disease than HDL-C itself. The main purpose of my project was to evaluate the impact of metabolic context, inflammation and genetics on modulation of HDL functionality. I have shown that extended release niacin/laropiprant treatment reduces atherogenic postprandial lipoproteins in patients with metabolic disorders stabilized by statins, having consequences on reverse cholesterol transport pathway and HDL functionality. Moreover, I have shown that infectious diseases such as HIV, induce an alteration in the capacity of HDL particles to stimulate cholesterol efflux from human macrophages. I have also shown that mutations causing high levels of HDL-C, are characterized by the presence of functional HDL in their capacity to stimulate reverse cholesterol pathway. However such patients are not systematically protected against cardiovascular disease highlighting the complex relationship between cholesterol efflux and the prediction of cardiovascular events. Those results point out the relevance of developing therapeutic approaches targeting HDL function and reverse cholesterol transport pathway.

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal. / Cardiovascular diseases are the major cause of mortality and morbidity in industrialized countries. CD36, a type B scavenger receptor expressed on macrophages, appears to play a major role in foam cell formation through scavenging oxidatively modified lipoproteins, thus leading to fatty streak lesion formation in the arterial wall. We have previously reported that growth hormone-releasing peptides (GHRP) are synthetic ligands that share the same binding site as oxidized low density lipoprotein (oxLDL) on the CD36 receptor. However, no study has reported the anti-atherosclerotic effects of CD36 ligands and their role in macrophage lipid metabolism. Thus, this project aimed to evaluate the anti-atherosclerotic effects of EP 80317, a CD36 selective ligand, and to elucidate the role of GHRP on macrophage lipid metabolism and transport. Apolipoprotein E deficient mice (apoE-/-) fed a high fat high cholesterol diet were treated for 12 weeks with EP 80317. Our study showed that EP 80317 exerted potent anti-atherosclerotic effects as shown by reduced lesion areas (up to 51%) and hypocholesterolemia. We further showed that a chronic treatment with EP 80317 reduced oxLDL uptake and increased the expression of genes/proteins involved in macrophage cholesterol efflux, such as peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) and ATP-binding cassette A1 (ABCA1) and ABCG1, thus reducing foam cell formation. Our second study aimed to elucidate the molecular mechanisms by which CD36 ligands lead to an increase in macrophage cholesterol efflux following PPARγ activation. [3H]-cholesterol-labeled murine macrophages incubated in the presence of EP 80317 showed a significant increase in cholesterol efflux to both ABCA1 and ABCG1 transporters of cholesterol. EP 80317-mediated macrophage cholesterol efflux through PPARγ involved an increase in intracellular 15d-PGJ2 levels that were elicited by extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) stimulation, itself dependent on COX-2 activation. The third and last study of this thesis aimed to investigate the effect of CD36 selective ligand on reverse cholesterol transport in vivo. ApoE-/- mice treated or not with EP 80317 were injected intraperitoneally with [3H]-cholesterol-labeled murine J774 macrophage-like cells. The radioactivity recovered in the livers of EP 80317-treated mice was significantly lower than that found in vehicle-treated mice whereas feces radioactivity was higher. Yet, the radioactivity in plasma did not achieve statistical differences between the two groups. Furthermore, the expression of genes involved in intestinal cholesterol transport such as LXRα, ABCA1, ABCG5 and ABCG8 was upregulated in EP 80317-treated mice while the expression of NPC1L1, a transporter involved in cholesterol absorption, was downregulated compared to vehicle-treated mice. In contrast, genes involved in hepatic cholesterol metabolism were not modulated by EP 80317. In conclusion, the work conducted in this thesis supported that activation of CD36 signaling pathways by EP 80317 may constitute a novel therapeutic approach for the treatment of atherosclerosis. The anti-atherosclerotic and hypocholesterolemic effects of synthetic CD36 selective ligands might be explained, at least in part, by 1) the regulation of macrophage cholesterol metabolism as a result of an increase in PPARγ activation by its endogenous ligand, 15d-PGJ2 and 2) the stimulation of reverse cholesterol transport, in particular that of transintestinal cholesterol efflux.

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal. / Cardiovascular diseases are the major cause of mortality and morbidity in industrialized countries. CD36, a type B scavenger receptor expressed on macrophages, appears to play a major role in foam cell formation through scavenging oxidatively modified lipoproteins, thus leading to fatty streak lesion formation in the arterial wall. We have previously reported that growth hormone-releasing peptides (GHRP) are synthetic ligands that share the same binding site as oxidized low density lipoprotein (oxLDL) on the CD36 receptor. However, no study has reported the anti-atherosclerotic effects of CD36 ligands and their role in macrophage lipid metabolism. Thus, this project aimed to evaluate the anti-atherosclerotic effects of EP 80317, a CD36 selective ligand, and to elucidate the role of GHRP on macrophage lipid metabolism and transport. Apolipoprotein E deficient mice (apoE-/-) fed a high fat high cholesterol diet were treated for 12 weeks with EP 80317. Our study showed that EP 80317 exerted potent anti-atherosclerotic effects as shown by reduced lesion areas (up to 51%) and hypocholesterolemia. We further showed that a chronic treatment with EP 80317 reduced oxLDL uptake and increased the expression of genes/proteins involved in macrophage cholesterol efflux, such as peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) and ATP-binding cassette A1 (ABCA1) and ABCG1, thus reducing foam cell formation. Our second study aimed to elucidate the molecular mechanisms by which CD36 ligands lead to an increase in macrophage cholesterol efflux following PPARγ activation. [3H]-cholesterol-labeled murine macrophages incubated in the presence of EP 80317 showed a significant increase in cholesterol efflux to both ABCA1 and ABCG1 transporters of cholesterol. EP 80317-mediated macrophage cholesterol efflux through PPARγ involved an increase in intracellular 15d-PGJ2 levels that were elicited by extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) stimulation, itself dependent on COX-2 activation. The third and last study of this thesis aimed to investigate the effect of CD36 selective ligand on reverse cholesterol transport in vivo. ApoE-/- mice treated or not with EP 80317 were injected intraperitoneally with [3H]-cholesterol-labeled murine J774 macrophage-like cells. The radioactivity recovered in the livers of EP 80317-treated mice was significantly lower than that found in vehicle-treated mice whereas feces radioactivity was higher. Yet, the radioactivity in plasma did not achieve statistical differences between the two groups. Furthermore, the expression of genes involved in intestinal cholesterol transport such as LXRα, ABCA1, ABCG5 and ABCG8 was upregulated in EP 80317-treated mice while the expression of NPC1L1, a transporter involved in cholesterol absorption, was downregulated compared to vehicle-treated mice. In contrast, genes involved in hepatic cholesterol metabolism were not modulated by EP 80317. In conclusion, the work conducted in this thesis supported that activation of CD36 signaling pathways by EP 80317 may constitute a novel therapeutic approach for the treatment of atherosclerosis. The anti-atherosclerotic and hypocholesterolemic effects of synthetic CD36 selective ligands might be explained, at least in part, by 1) the regulation of macrophage cholesterol metabolism as a result of an increase in PPARγ activation by its endogenous ligand, 15d-PGJ2 and 2) the stimulation of reverse cholesterol transport, in particular that of transintestinal cholesterol efflux.

La capacité des particules HDL à exercer des effets anti-athérogènes passe notamment par leur capacité à assurer le transport inverse du cholestérol (RCT). L'objectif principal de mon programme de recherche est l'étude de l'étape initiale du transport inverse du cholestérol que représente l'efflux de cholestérol du macrophage, dans le contexte des maladies métaboliques et du risque cardiovasculaire et de mortalité. J'ai étudié la relation entre l'efflux, et les conséquences sur le développement de l'athérosclérose dans un contexte métabolique particulier ; le syndrome métabolique (SM). J'ai démontré que les critères individuels du SM sont intimement liés à l'efflux et que ces deux notions sont associées de façon indépendante aux paramètres cliniques de l'athérosclérose. J'ai aussi évalué la pertinence de l'efflux de cholestérol comme biomarqueur de la mortalité. Cette étude identifie l'efflux comme prédicteur de la mortalité toutes causes confondues, indépendamment des taux de HDL-cholestérol et des facteurs de risques cardiovasculaires traditionnels, dans une population de patients traités par angioplastie coronaire primaire, suite à un infarctus du myocarde avec élévation du segment ST. Enfin, je me suis intéressée à à une situation métabolique particulière ; l'état postprandial. Mes travaux montrent que la réponse postprandiale hypertriglycéridémique physiologique observée chez des individus sans désordre métabolique ne s'accompagne pas d'altération majeure de l'efficacité du RCT ou de l'inflammation systémique. Mes travaux confirment le rôle déterminant de l'efflux dans la prévention du développement de l'athérosclérose et de la mortalité cardiovasculaire. / The contribution of high-density lipoprotein to cardiovascular benefit is closely linked to its anti-atherogenic role in the cellular cholesterol efflux. The main purpose of my project was to evaluate the efficiency of the first step of reverse cholesterol transport (RCT), which is the efflux capacity, on metabolic disorder context, on cardiovascular risk and on mortality. My research has focused on three independent and complementary parts. I have first evaluated the relationship between efflux and its consequences on atherosclerosis development in a metabolic syndrome (MetS) population. I have shown that individual criteria of MetS are closely related synergistically to cholesterol efflux capacity. In addition, established metabolic syndrome and cholesterol efflux capacity were independently associated with clinical features of atherosclerosis. In a second study I identified cholesterol efflux capacity as a predictor of all-cause mortality in consecutive ST-segment elevation myocardial infarction patients treated by primary angioplasty, independent of HDL-C, traditional cardiovascular risks or cardiac risk factors. Finally I have evaluated the consequences of postprandial hypertriglyceridemia on the functionality of key steps of RCT and associated anti-inflammatory components. My work has shown that the physiological postprandial hypertriglyceridemia response is not accompanied by a major alteration in the efficiency of RCT or systemic inflammation, on individual without metabolic syndrome. In conclusion, I have confirmed the crucial role of the first step of reverse cholesterol transport in preventing the development of atherosclerosis and cardiovascular mortality.

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