"Thèse en cotutelle présentée pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Bordeaux et de l'Université Laval"--Page de titre / Les maladies cardiovasculaires sont l’une des principales causes de mortalité dans le monde, engendrant le décès de plus de 17 millions de personnes par an. Ce chiffre éloquent augmentera jusqu’à atteindre selon l’OMS 23,4 millions de décès en 2030. Ces maladies sont associées à un rétrécissement de la lumière des vaisseaux sanguins qui peut entrainer une occlusion partielle ou complète du vaisseau. Le traitement le plus souvent utilisé est un traitement chirurgical visant à créer un pont qui va contourner la section obstruée, ou une section lésée. Actuellement, les conduits les plus utilisés pour les greffes sont les vaisseaux autologues, à savoir la veine saphène ou l’artère thoracique interne. Seulement, ces substituts ne peuvent être utilisés en remplace ment que s ’ils sont sains. L’alternative aux vaisseaux autologue s est l’utilisation de substituts synthétiques. Compte tenu du manque de biocompatibilité de ces greffons synthétiques, après quelques années seulement, une thrombose peut apparaitre. Une des cause s e st l’absence de cellules endothéliales (CEs) dans la lumière du substitut. Le point clé réside ici dans la fabrication d’un matériau capable de fournir au CEs un environnement favorable à leur adhésion et leur prolifération pour permettre la génération d’un endothélium dans la lumière du substitut synthétique. In vivo, les cellules capables de coloniser de tels matériaux sont les cellules progénitrices endothéliales, ces cellules sont capables de se différencier en cellules endothéliales matures et possèdent une capacité de prolifération supérieure aux cellules matures. Elles sont capables de réparer les vaisseaux et pourront donc être ciblées afin d’être recrutées in situ et ainsi endothélialiser le biomatériau. C’est dans ce contexte que nous avons choisi de modifier de façon chimique la surface d’un matériau modèle, un film de polyéthylène téréphtalate avec quatre principes actifs innovants sélectionnés pour leur capacité à induire l’adhésion des cellules ou leur différentiation pour permettre la régénérat ion d’un endothélium à la surface du matériau. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à concevoir et élaborer une méthode de fonctionnalisation homogène de ce polymère (par un lien covalent principe actif/matériau) par différents principes actifs avec une densité contrôlée et reproductible. Puis, ces principes actifs ont été disposés sous la forme de micro - patrons en surface du polymère par le biais de la technique de photolithographie. Ici, les peptides GRGDS et GHM ont été greffés pour améliorer l’adhésion des cellules, le dernier étant spécifique aux cellules endothéliales progénitrices. Le peptide SFLLRN et la sitagliptine ont été greffés pour induire ou accélérer la différenciation des EPCs en CEs matures. Toutes les surfaces ont été caractérisées pour valider le greffage covalent et connaitre la densité de molécules bioactives greffée. D’autre part avec une caractérisation approfondie des EPCs issues du sang de cordon ombilical, certains gènes et leur expression caractéristique des cellules souches et endothéliales ont été suivis par immunofluorescence et RT-qPCR pour déterminer leur état de différenciation. Ce travail n’aura été possible qu’après avoir déterminé quels gènes de références nous pouvions utiliser pour étudier le phénotype de trois types cellulaires à savoir, les cellules mononucléées CD34+, les EPCs et des CEs matures (extraites de la veine saphène). Finalement, ce projet de recherche a permis de mettre en évidence que certaines molécules bioactive s permettent d’améliorer l’adhésion de cellules mais peuvent aussi avoir un rôle pour accélérer ou retarder la différenciation des cellules. Aussi, la taille des micromotifs (micropatrons) a un impact sur l’expression de certains gènes spécifiques de la lignée endothéliale. En conclusion générale, ce projet prouve que la modification de surfaces des substituts avec des molécules bioactives est indispensable pour rendre le matériau attractif et pour régénérer un endothélium à la surface de celui-ci. Ce travail nous a aidé s à souligner l’importance de comprendre le comportement des EPCs et leur cinétique de différenciation pour leur utilisation en ingénierie vasculaire. / Cardiovascular disease is one of the leading causes of death in the world, killing more than 17 million people a year. This eloquent figure will increase to 23.4 million deaths in 2030, according to the WHO. These diseases are associated with a narrowing of the lumen of the blood vessels that may cause partial or complete occlusion of the vessel. The treatment most often used is a surgical treatment designed to create a bridge that will bypass the obstructed section or an injured section. Currently, the most used conduits for transplants are autologous vessels, namely the saphenous vein or the internal thoracic artery. Only these substitutes can only be used as a replacement if they are healthy. The alternative to autologous vessels is the use of synthetic substitutes. Due to a certain lack of biocompatibility of these synthetic grafts, after only a few years, a phenomenon of thrombosis sets in; the absence of endothelial cells (ECs) that cover the interior of t he substitute. The key point her e lies in the manufacture of a material capable of providing the ECs with a favorable environment for their adhesion and proliferation to allow the generation of an endothelium within a synthetic substitute. In vivo, cells capable of colonizing such materials are endothelial progenitor cells, these cells are capable of differentiating into mature endothelial cells and possess a higher proliferation capacity than mature cells. They are able to repair the vessels and can, therefore, be targeted to be recruited in situ and thus endothelialize the biomaterial. It is in this context that we have chosen to chemically modify the surface of a model material, a PET film with four innovative active ingredients selected for their ability to induce cell adhesion or differentiation to allow regeneration. an endothelium on the surface of the material. This project has initially made it possible to develop a protocol for grafting active ingredients covalently with a reproducible density and in a microstructured manner using photolithography. Here, the GRGDS and GHM peptides were grafted to enhance cell adhesion, the latter being specific to endothelial progenitor cells. The SFLLRN peptide and sitagliptin have been grafted to induce or accelerate the differentiation of EPCs into mature ECs. All surfaces have been characterized to validate covalent grafting and to know the density of grafted bioactive molecules. On the other hand, with a thorough characterization of EPCs from umbilical cord blood, some characteristic genes and proteins expression of stem and endothelial cells were followed by immunofluorescence and RT-qPCR to determine their state of differentiation. This work will have been possible only after determining which reference genes we could use to study the phenotype v of three cell types namely, CD34 + mononuclear cells, EPCs and mature ECs (saphenous vein extract). Finally, this research project has shown that some bioactive molecules can improve cell adhesion but can also have a role to accelerate or delay cell differentiation. Also, the size of the micropatterns has an impact on the expression of certain genes specific to the endothelial line age. As a general conclusion, this project proves that surface modification of substitutes wit h bioactive molecules is essential to make the material attractive and to regenerate an endothelium on the surface of it. This work has helped us emphasize the importance of understanding the behavior of EPCs and their kinetics of differentiation for their use in vascular engineering.

La réaction inflammatoire est un processus complexe et essentiel à la défense de l'hôte contre l'infection et le dommage tissulaire. Le déclenchement de la réponse inflammatoire s'effectue entre autre suite à l'activation de récepteurs appelés récepteurs ± toll-like ¿ par des molécules d'origine microbienne ou provenant des tissus endommagés. Le premier leucocyte circulant à atteindre le site inflammatoire est le neutrophile. Le recrutement du neutrophile de la circulation sanguine jusqu'au tissu est un processus finement régulé qui nécessite l'interaction du neutrophile avec 1'endothelium vasculaire. Les médiateurs lipidiques de l'inflammation, les leucotriènes et le facteur activateur des plaquettes, peuvent être produits par les neutrophiles et les cellules endothéliales et régulent plusieurs aspects indispensables au recrutement des neutrophiles soit leur adhésion, transmigration et chimiotaxie. Les travaux présentés dans cette thèse ont mené au développement d'un modèle de migration transendothéliale des neutrophiles humains in vitro permettant l'étude du rôle des médiateurs lipidiques dans la migration des neutrophiles. Les résultats obtenus au cours de ces expériences montrent que la présence d'une matrice extracellulaire dans le modèle de migration transendothéliale augmente l'impact du leucotriène B4 et du facteur activateur des plaquettes dans la migration des neutrophiles. L'utilisation de ce modèle de migration transendothéliale in vitro a également permis de démontrer que la production de novo du leucotriène B4 et du facteur activateur des plaquettes a un rôle clé dans la migration des neutrophiles induite par différents ligands des récepteurs ± toll-like ¿. En effet, l'inhibition de la biosynthèse ou le blocage des récepteurs du leucotriène B4 et du facteur activateur des plaquettes dans ce modèle réduit significativement (jusqu'à 90%) la migration transendothéliale des neutrophiles induite par les ligands des récepteurs ± tolllike ¿. Ce rôle majeur du leucotriène B4 et du PAF dans le recrutement des neutrophiles a également été confirmé in vivo dans le modèle de la poche d'air dorsale chez la souris. Les travaux présentés dans cette thèse contribuent donc significativement à l'amélioration des connaissances concernant les mécanismes régulant le recrutement des neutrophiles lors de la réponse inflammatoire.

L’obésité viscérale est identifiée comme étant le facteur de risque de maladies cardiovasculaires le plus contributif à la résistance à l’insuline. De mauvaises habitudes alimentaires et la sédentarité contribueraient à l’obésité et affecteraient de manière indépendante et défavorable les actions métaboliques et vasculaires de l’insuline. L’objectif visé par ce projet de recherche consistait à déterminer l’impact d’une alimentation riche en gras saturé et en sucre (HFHS) sur la fonction endothéliale ainsi que l’établissement d’un stress oxydatif et d’une réponse inflammatoire dans un modèle animal de résistance à l’insuline avec surplus de poids. Plus précisément, le chapitre 2 avait pour but de développer et de caractériser un nouveau modèle expérimental animal, le rat nourri avec un régime HFHS, plus représentatif de la diète consommée par un pourcentage élevé de la population nord-américaine. Le chapitre 3 avait pour objectif de déterminer les effets d’un traitement préventif avec un antioxydant, le tempol, sur la fonction endothéliale ainsi que les actions glucorégulatrices et hémodynamiques de l’insuline dans ce modèle animal. Le chapitre 4 avait pour but d’étudier les effets du régime HFHS et du tempol sur l’expression et l’activité de marqueurs des voies de signalisation de l’insuline ainsi que de biomarqueurs du stress oxydatif et de l’inflammation. Nous avons noté que le régime HFHS entraînait une altération de la vasodilatation endothélium-dépendante, une diminution du transport du glucose stimulé par l’insuline et de la sensibilité à l’insuline ainsi qu’une réduction de l’expression et de l’activation de plusieurs protéines de la voie de signalisation à l’insuline. Nous avons également identifié des facteurs du stress oxydatif ou inflammatoires susceptibles de contribuer à la dégradation de la fonction endothéliale et prendre part aux complications vasculaires et métaboliques induites par le régime HFHS chez le rat. Nous démontrons que plusieurs de ces altérations pouvaient être évitées, atténuées ou retardées par une intervention précoce destinée à contrôler le stress oxydatif. Ce projet de recherche a permis de mieux comprendre l’implication et le lien entre le NO endothélial et le stress oxydatif ainsi que l’inflammation induits par un régime HFHS, dans un modèle animal de résistance à l’insuline avec surplus de poids. / Visceral obesity has been identified as the main cardiovascular disease risk factor that contributes to insulin resistance. Bad eating habits and sedentary lifestyle can contribute to obesity, but can also affect independently and unfavourably the metabolic and vascular insulin actions. The aim of this research project was to determine the impact of a high fat high sucrose diet (HFHS) on endothelial function as well as the establishment of an oxidative stress and inflammatory response in an animal model of dietary-acquired insulin resistance and obesity. Precisely, the objective of chapter 2 was to develop a new animal experimental model, the rat fed with a diet rich in saturated fat and refined sugar, representative of the high-energy diets frequently consumed by a large percentage of North American. The aim of chapter 3 was to determine the effects of a preventive treatment with an antioxidant, tempol, on endothelial function as well as glucoregulatory and hemodynamic actions of insulin in this animal model. The objective of chapter 4 was to study the effects of HFHS diet and tempol on the expression and activity of markers of insulin signalling pathways, oxidative stress and inflammation. We noted that the HFHS diet altered the endothelium-dependent vasodilation, decreased insulin-stimulated glucose transport and insulin sensitivity as well as reduced expression and activation of many insulin signalling pathway proteins. We also identified oxidative stress or inflammatory markers that could contribute to endothelial function degradation and take part in vascular and metabolic complications induced by the HFHS diet, in the rat. We demonstrated that many of those alterations could be avoided, attenuated or prevented by an early intervention aimed at controlling oxidative stress. This research project provided a better understanding of the implication and the link between endothelial NO and the oxidative stress as well as the inflammation induced by a HFHS diet, in an animal model of diet-induced insulin resistance and obesity.

La résistance à l’insuline joue un rôle dans le développement de l’obésité, du diabète de type 2 et des maladies cardiovasculaires. Cette étude avait pour but de caractériser les dérèglements vasculaires et métaboliques chez le rat insulino-résistant nourri avec un régime HFHS (high fat high sucrose). La sensibilité à l’insuline, la fonction endothéliale et l’expression de la protéine eNOS (endothelial nitric oxide synthase) ont été étudiées. Les résultats démontrent que le régime HFHS entraînerait une altération de la vasodilatation associée à une réduction de l’expression de eNOS dans les muscles squelettiques et l’aorte thoracique. De plus, une diminution de la biodisponibilité du NO (monoxyde d’azote) a été observée chez les rats HFHS lié à une augmentation des nitrotyrosines et de l’endothéline. Cette étude démontre que la protéine eNOS est importante dans le développement des maladies vasculaires et métaboliques et qu’il existe une interaction gène-environnement dans la régulation du NO. / Insulin resistance (IR) plays a role in the development of obesity, type 2 diabetes and cardiovascular diseases. This study was initiated to characterize vascular and metabolic dysregulations in a rat model with IR fed a high fat high sucrose diet (HFHS). Insulin sensitivity, endothelial function and eNOS (endothelial nitric oxide synthase) gene expression were studied. The results indiquate that the HFHS diet induce an alteration of the vasodilation associated with a reduction of eNOS protein expression in skeletal muscles and thoracic aorta. Also, a reduction of NO (nitric oxide) bioavailability was observed, linked with an augmentation of nitrotyrosine and endothelin. This study show that eNOS is crucial in the development of metabolic and vascular diseases and that there is a geneenvironnement interaction in NO regulation.

Plusieurs études cliniques effectuées chez l’homme ont démontré une association entre l’hypertension, la résistance à l’insuline et la dysfonction endothéliale. Cette même association a aussi été démontrée dans plusieurs modèles animaux, dont le rat spontanément hypertendu (SHR), et le rat nourri avec un régime sucrosé. Par conséquent, nous avons voulu caractériser chez le SHR les effets de l’hypertension combinés à ceux d’une alimentation sucrosée, sur la sensibilité à l’insuline, les actions hémodynamiques et métaboliques de l’insuline, la fonction endothéliale et la réactivité vasculaire in vivo et in vitro comparativement à son contrôle normotendu, le rat Wistar-Kyoto (WKY). Nous avons observé dans les deux groupes SHR (ie avec régime standard et régime sucrosé), une altération de la réactivité vasculaire, ainsi qu’une variation de la réponse hémodynamique à l’insuline lors d’un clamp euglycémique/hyperinsulinémique. Nous avons aussi noté une réduction du transport du glucose et de l’expression de l’enzyme eNOS dans le muscle squelettique des groupes SHR. / Several clinical studies carried out in humans have demonstrated an association between hypertension, insulin resistance and endothelial dysfunction. The same association has also been shown in several animal models, including the spontaneously hypertensive rat (SHR), and the high sucrose-fed rat. Consequently, we undertook a series of experiments to characterize the effects of hypertension combined with those of a high sucrose diet on insulin sensitivity, insulin’s haemodynamic and metabolic actions, endothelial function and in vivo and in vitro vascular reactivity. Our results clearly indicate significant alterations in aortic vascular reactivity, as well as in insulin haemodynamic responses measured during a euglycemic/hyperinsulinemic clamp in the SHR rat. These effects were independent of diet. We also noted a decrease in skeletal muscle glucose transport activity and in eNOS protein expression.

Une réduction du débit sanguin lors d'activités physiques de haute intensité limite de façon importante l'oxygénation musculaire et a donc un impact majeur sur la performance dans plusieurs disciplines sportives. Bien que la consommation de polyphenols augmente de façon aigiie la vasodilatation artérielle chez des individus sédentaires, on ignore si cette vasodilatation se produit aussi chez les athlètes. La question qui sera développée dans ce mémoire est de savoir si la consommation de polyphenols améliore la vasodilatation médiée par le débit sanguin (FMD) et la performance à l'effort chez des athlètes de haut niveau. Les résultats de cette étude démontrent que la consommation d'une boisson riche en polyphenols améliore de façon aigiie la fonction endothéliale d'athlètes telle que mesurée par la FMD. Bien qu'une formulation riche en polyphenols ne modifie pas la performance lorsque consommée de façon aigiie avant un test maximal sur vélo, elle diminue toutefois la concentration sanguine de lactate suite à l'effort. Elle pourrait donc faciliter la récupération lorsque consommé avant un exercice intense.

Le traitement de l'anémie en insuffisance rénale chronique (IRC) avec l'érythropoïétine recombinante humaine (rhEPO) est accompagné d'une élévation de la pression artérielle. Cet effet presseur de l'rhEPO est présent seulement en IRC. En effet, l'rhEPO n'augmente pas la pression artérielle en condition rénale normale. Nos objectifs sont donc d'élucider les mécanismes qui permettent le maintien de la pression en condition normale et l'effet hypertenseur de l'rhEPO en IRC. Dans une première étude, l'rhEPO est administrée chez des rats Wistar normaux (100U/kg, 3 fois par semaine pendant 3 semaines) tandis qu'un second groupe de rats témoins reçoit le véhicule (saline). L'effet de l'rhEPO sur la réactivité vasculaire est évalué dans des segments d'aorte thoracique isolés. L'expression de l'endotheline-1 (ET-1) et de la NO synthase endothelial (eNOS) est analysée par immunofluorescence en microscopie confocale dans ces mêmes vaisseaux. Les résultats montrent que la pression artérielle systolique et la creatinine sérique sont inchangées chez les animaux traités alors que l'hématocrite est augmenté chez les animaux recevant l'rhEPO. Le traitement à l'rhEPO provoque une augmentation de la contraction à la norepinephrine (NE) dans les segments sans endothelium seulement. D cause également une atténuation de la contraction à l'ET-1 dans les segments dont 1'endothelium est intact ; ce phénomène est corrigé en absence de l'endothélium. L'incubation des segments avec le N -nitro-L-arginine méthyl ester (LNAME), un inhibiteur de la synthèse du monoxide d'azote (NO), rétablit aussi la contraction à l'ET-1. L'expression de l'ET-1 dans l'endothélium des aortes thoraciques demeure inchangée tandis que l'expression de la eNOS est augmentée suite au traitement à l'rhEPO. L'rhEPO entraîne donc l'activation d'un mécanisme compensateur vasodilatateur de l'endothélium. Ce mécanisme impliquerait l'augmentation de la relâche de NO suite à une expression accrue de la eNOS. Dans un deuxième temps, nous avons vérifié l'état de ce mécanisme compensateur en IRC. Nous avons donc comparé un groupe de rats Wistar rendus uremiques par néphrectomie 5/6 (Nx) à un groupe de rats témoins. Les mêmes analyses ont été effectuées pour cette étude. Nous avons observé une augmentation de la pression artérielle ainsi qu'une détérioration de la fonction rénale chez les animaux uremiques. L'IRC ne cause aucune altération de la réponse à F acetylcholine (ACh) mais atténue cependant la vasodilatation au nitroprussiate de sodium (SNP). L'IRC cause également une augmentation de la réponse à la NE dans les segments sans endothelium seulement. La contraction à l'ET-1 est diminuée dans les segments d'aorte des rats Nx dont l'endothélium est intact tandis qu'elle est partiellement accentuée en son absence. La contraction à l'ET-1 est aussi augmentée par l'incubation des segments d'aorte de rats Nx avec le L-NAME. Ces résultats suggèrent que l'atténuation de la réponse à l'ET-1 dans les vaisseaux des rats Nx est causée en partie par une augmentation de la production endothéliale de l'ET-1. Par contre, l'urémie accentue aussi la relâche d'un facteur vasodilatateur, dont le NO, pour contrecarrer l'action des agents vasoconstricteurs (ET-1, NE). En effet, l'expression endothéliale de la eNOS est aussi augmentée dans les vaisseaux des animaux Nx. Enfin, nous avons comparé les mêmes paramètres chez les animaux uremiques recevant ou non le traitement à l'rhEPO. L'rhEPO aggrave l'hypertension et détériore la fonction rénale présente en IRC. L'rhEPO diminue la relaxation à l'ACh et au SNP. Le traitement à l'rhEPO ne modifie pas la contraction à la NE. Elle augmente cependant l'atténuation de la réponse à l'ET-1 en présence de l'endothélium. L'absence d'endothélium et l'incubation avec le L-NAME rétablissent partiellement la contraction à l'ET-1 de façon similaire chez les animaux Nx recevant ou non l'rhEPO. Ces résultats indiquent que l'augmentation de l'expression endothéliale de l'ET-1 par le traitement à l'rhEPO en urémie peut être responsable de l'atténuation accrue de la contraction à l'ET-1 chez les animaux Nx traité à l'rhEPO. Tout comme chez les animaux normaux, l'rhEPO entraîne une augmentation de la relâche de NO suite à l'expression accrue de la eNOS. Ce mécanisme serait par contre insuffisant pour bloquer l'effet hypertenseur de l'rhEPO en urémie. En conclusion, une augmentation de la production de NO suite à l'expression accrue de la eNOS explique, du moins en partie, le maintien de la pression artérielle en condition normale suite au traitement à l'rhEPO. Ce mécanisme compensateur est également activé en IRC mais ne serait pas modulé par le traitement à l'rhEPO. Il serait alors insuffisant pour prévenir l'augmentation de la pression artérielle. / Treatment of anemia in chronic renal failure (CRF) with recombinant human erythropoietin (rhEPO) is associated with increased blood pressure. This hypertensive effect of rhEPO is present only in CRF. Indeed, rhEPO does not increase blood pressure in normal renal conditions. The aim of our work is to elucidate the mechanisms involved in the maintenance of normal blood pressure in normal conditions and the hypertensive effect induced by rhEPO in CRF. In a first study, normal Wistar rats were treated with rhEPO (100U/kg, 3 times per week for 3 weeks) while the second group of control rats received the vehicle (saline). The effect of rhEPO on vascular reactivity was evaluated in isolated thoracic aorta segments. The expression of endothelin-1 (ET-1) and endothelial nitric oxide synthase (eNOS) was assessed by immunofluorescence with confocal microscopy in these same vessels. The results show that blood pressure and serum creatinine were unchanged in normal rats treated with rhEPO, whereas hematocrit was increased in the same animals. RhEPO caused an increase of contraction response to norepinephrine (NE) only in segments without endothelium. It also caused an attenuation of ET-1 contraction in segments where endothelium was intact; this phenomenon was corrected in the absence of endothelium. The incubation of segments with NG -nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), a nitric oxyde (NO) synthesis inhibitor, also restored the ET-1 contraction. ET-1 expression in thoracic aorta endothelium was unchanged, whereas eNOS expression was increased after rhEPO therapy. Thus, rhEPO activates an endothelium-dependent compensatory mechanism. This mechanism involves increased NO release due to enhanced expression of eNOS. Secondly, we evaluated this compensatory mechanism in CRF. Wistar rats were rendered uremic by subtotal 5/6 nephrectomy and were compared with sham-operated control rats. The analyses in the first study were repeated. We found an increase in blood pressure and a deterioration of renal function in uremic rats. CRF did not affect the response to acethylcholine (Ach) but decreased sodium nitroprusside (SNP) vasorelaxation. However, CRF led to an alteration in the contraction response to NE in thoracic aorta segments without endothelium. The contraction to ET-1 was attenuated in segments from uremic rats with intact endothelium whereas it was partially increased in its absence. The ET-1 contraction was also restored by the incubation of segments with L-NAME. These results suggest that the attenuation of the ET-1 response in uremic rats is related, at least in part, to the increase in endothelial ET-1 production. On the other hand, uremia also accentuates the endothelial release of vasodilators, such as NO, which counteract the effects of the vasoconstrictors (ET-1, NE). Moreover, the endothelial expression of eNOS was also increased in vessels from uremic rats. Finally, we compared the same parameters in uremic rats with and without rhEPO treatment. rhEPO aggravated hypertension and exacerbated the deterioration in renal function already present in CRF. rhEPO led to a decrease in the vasodilatation to ACh and SNP. Treatment with rhEPO had no effect on the contraction to NE. However, it increased the attenuation of ET-1 contraction in thoracic aorta segments with endothelium. Endothelium denudation and incubation with L-NAME partially restored the contraction to ET-1 similarly in untreated and rhEPO-treated uremic rats. These results indicate that the increased endothelial expression of ET-1 induced by rhEPO in uremic rats is responsible for the increase in the attenuation response to ET-1. In the same way, as in normal rats, rhEPO led to an increase in NO release due to increased eNOS expression. However, this mechanism appears to be insufficient to prevent the vasopressor effect of rhEPO in uremia. In conclusion, increased production of NO as a result of increased eNOS expression may explain, at least in part, the maintenance of normal blood pressure under normal condition following rhEPO therapy. This compensatory mechanism is also activated in uremia, but is unaffected by rhEPO, and its effect is thus insufficient to prevent the development of hypertension in CRF.

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

Dans les neurones et les cellules vasculaires cérébrales, les dérivés réactifs de l’oxygène jouent un double rôle puisqu’ils peuvent avoir à la fois des effets bénéfiques, à faibles concentrations, et des effets délétères, à des concentrations élevées. Chez la souris, la circulation cérébrale se distingue des autres lits vasculaires puisque le peroxyde d’hydrogène (H2O2) est le principal médiateur endothélial relaxant endogène. L’objectif de notre première étude a été de caractériser l’implication physiologique du H2O2 dérivé de la eNOS dans la fonction endothéliale cérébrale de la souris. Nous avons voulu identifier les mécanismes impliqués dans la dilatation induite par l’augmentation de débit intra-luminal (flow-mediated dilation, FMD). La FMD est la réponse à un stimulus physiologique endothélial la plus représentative de la situation in vivo. Nous avons démontré que le H2O2, et non le monoxyde d’azote (NO), dérivant de l’activation de la eNOS cérébrale, est le principal médiateur de la FMD. Cependant, nous connaissons très peu de données sur l’évolution de la voie du H2O2 au cours du vieillissement qu’il soit associé ou non aux facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires. Au cours du vieillissement, au niveau périphérique, les facteurs endothéliaux constricteurs ou dilatateurs évoluent en fonction de l’augmentation de stress oxydant. La présence de facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires, telle que l’hypercholestérolémie, pourrait accentuer l’augmentation du stress oxydant et ainsi accélérer la dysfonction endothéliale. Au niveau cérébral, très peu de données sont disponibles. Dans le cadre de notre deuxième étude, nous avons émis l’hypothèse qu’un débalancement des facteurs endothéliaux pourrait être à l’origine (1) de la dysfonction endothéliale cérébrale observée au cours du vieillissement et (2) de la dysfonction endothéliale précoce qui apparaît en présence d’athérosclérose. Nos résultats ont montré que l’augmentation de stress oxydant associée au vieillissement conduit à une libération endogène accrue de TXA2 qui diminue la voie du H2O2 au niveau cérébral et, par conséquent, réduit la dilatation dépendante de l’endothélium. De plus, la présence d’athérosclérose accélère l’apparition de la dysfonction endothéliale cérébrale. Le rôle clé joué par le stress oxydant a été confirmé par un traitement préventif avec l’antioxydant catéchine qui a permis de renverser tous les effets délétères de l’athérosclérose sur les fonctions endothéliales cérébrales. Finalement, la dysfonction endothéliale cérébrale précoce, associée avec l’athérosclérose, pourrait non seulement augmenter l’incidence de développer des accidents vasculaires cérébraux (AVC) mais aussi induire une diminution du débit sanguin cérébral et, ultimement, affecter les fonctions neuronales. Dans le cadre de notre troisième étude, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation de stress oxydant est associée avec une diminution du débit sanguin cérébral et un déclin subséquent des fonctions cognitives. Nous avons utilisé des souris athérosclérotiques âgées de 3 mois que nous avons soumises, ou pas, à un traitement chronique à la catéchine. Nos travaux montrent qu’un traitement préventif avec la catéchine peut prévenir les effets néfastes de l’athérosclérose sur la FMD, le débit sanguin et le déclin des fonctions cognitives qui est normalement associé au vieillissement. Nos résultats ont permis de distinguer l’effet du vieillissement des effets de l’athérosclérose sur les fonctions vasculaires cérébrales. Le traitement préventif avec la catéchine a eu des effets bénéfiques marqués sur la fonction endothéliale cérébrale, le débit sanguin cérébral et les fonctions cognitives, démontrant le rôle clé de l’environnement redox dans la régulation des fonctions cérébrales. / Reactive oxygen species can have different roles in neurons and cerebral vascular cells as low concentrations are beneficial while unlikable effects are observed at higher concentrations. Mice cerebral circulation is different from other vascular beds as hydrogen peroxide (H2O2) is a major endogenous endothelium-derived relaxing factor. The objective of our first study was to characterize the physiological implication of H2O2 derived from eNOS activation in mice cerebral arteries. We tried to identify the mechanisms implicated in flow-mediated dilation (FMD), the most physiological reactive endothelial function. Our study suggested that H2O2, but not nitric oxide, derived from cerebral eNOS activity was the main factor implicated in the regulation of FMD. However, the evolution of this dilatory pathway through ageing associated or not with risk factors for cardiovascular diseases is poorly understood. Ageing is associated with increase oxidative stress and endothelial dysfunction, the later characterized by an imbalance in the release of endothelial constricting and relaxing factors. Risk factors for cardiovascular diseases, such as hypercholesterolemia, can increase oxidative stress and could hasten endothelial dysfunction. However, the evolution of the endothelial factors through ageing, particularly H2O2 dilatory pathway, in the cerebral circulation is still not well described. In our second study, we hypothesise that alterations in endothelial factors might be responsible for (1) cerebral endothelial dysfunction observed during ageing and (2) the accelerated endothelial dysfunction associated with atherosclerosis. Our results suggested that increased in oxidative stress associated with ageing leads to the release of endogenous TXA2, which in turn, reduces eNOS activity and, consequently, reduces endothelial-dependent dilation. Furthermore, we found that oxidative stress increase associated with atherosclerosis hastens cerebral endothelial dysfunction in mice. The implication of oxidative stress was confirmed by the beneficial effect of the antioxidant catechin on atherosclerosis associated cerebral endothelial function. Finally, premature cerebral endothelial dysfunction observed during atherosclerosis could not only be associated with increase stroke incidence but also associated with a reduction in cerebral blood flow and, ultimately, a decrease in cognitive function. For our third study, we hypothesise that oxidative stress increase during atherosclerosis is associated with reduced cerebral blood flow and an accelerated cognitive function decline normally associated with ageing. We treated 3 month-old atherosclerotic mice with the antioxidant catechin and used untreated mice as controls. Our results suggested that catechin treatment can prevent the decrease in FMD, the decrease in cerebral blood flow and cognitive function decline observed during atherosclerosis. Taken together, our study allows to distinguish the effect of ageing and atherosclerosis on cerebrovascular function. Catechin treatment had beneficial effects on endothelial dilation, cerebral blood flow and cognitive function suggesting that the redox environment is a key player in the regulation of cerebral function.

INTRODUCTION : L’utilisation de la circulation extracorporelle durant la chirurgie cardiaque est associée à des problèmes pulmonaires chez certains patients. L’utilisation d’une pression pulsatile induite par un ballon intra-aortique (BIA) pourrait diminuer la dysfonction endothéliale et la survenue de tels événements. MATÉRIEL ET MÉTHODE : 12 porcs Landrace-Yorkshire ont subi une circulation extracorporelle et ont été divisés en deux groupes et 4 porcs ont servi de contrôles sans CEC. Le premier groupe (n=6) a bénéficié d’un flot pulsatile créé par un BIA en mode interne à 80 battements par minute durant les 90 minutes de l’opération alors que le second groupe (n=6) a subi une CEC standard. Après 60 minutes de reperfusion suivant la CEC, les valeurs hémodynamiques ont été évaluées dont les pressions artérielles, les pressions pulmonaires, l’index cardiaque et la concentration de glucose et de lactate. Les artères pulmonaires sont ensuite montées en chambre d’organe pour évaluer la fonction endothéliale. RÉSULTATS : Les porcs avec pression pulsatile ont tendance à produire moins de lactate sanguin après 60 minutes de reperfusion. Les autres valeurs hémodynamiques sont semblables. Finalement, la relaxation à la bradykinine est significativement meilleure dans le groupe pression pulsatile alors que la relaxation à l’acétylcholine n’est pas significativement différente. CONCLUSION : Ces résultats démontrent que la perfusion pulsatile produite par un BIA protège l’endothélium pulmonaire lors d'une CEC. Cet effet pourrait être dû à une augmentation du flot bronchique qui diminuerait l’ischémie pulmonaire ou à une diminution de la libération de cytokines et de bradykinine qui réduirait les dommages de reperfusion. / INTRODUCTION : Cardiopulmonary bypass (CPB) during cardiac surgery leads to postoperative pulmonary complications. The use of pulsatile pressure with an intra-aortic balloon pump (IABP) could preserve the endothelial function and decrease the occurence of pulmonary problems. MATERIAL AND METHODS : Twelve Landrace-Yorkshire swine were divided into two groups, one group (n=6) received pulsatile perfusion under CPB from an IABP in an internal mode at 80 beats per minute (bpm) and the other (n=6) had a standard CPB of 90 minutes. A third group (n=4) has been used as controls without CPB. The two first groups underwent aortic clamping for 80 minutes with administration of intermittent blood cardioplegia. After 60 minutes of reperfusion following of bypass, swine were sacrificed and pulmonary arteries were harvested. Haemodynamic values were calculated including pulmonary arterial pressures (PAP), mean arterial pressures (mAP), lactate production, blood glucose and cardiac index. Pulmonary arteries were placed in organ chambers and vascular reactivity studies were performed. RESULTS : There was a trend towards lower lactate production with use of pulsatile perfusion after 60 minutes of reperfusion. All other hemodynamics were not significally different in both groups. Relaxation to bradykinin was greater in pulsatile group while relaxation to acetylcholine did not differ. CONCLUSION : IABP induced pulsatile pressure protect the pulmonary endothelium during CPB. This could be explained by an increase in blood flow through the bronchial arteries or by a decreased release of cytokines or bradykinin which could reduce reperfusion damage.