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La fibrillation auriculaire (FA) est la forme la plus fréquente d'arythmie cardiaque chez l’Homme. L'isolement des veines pulmonaires (VP) par radiofréquence (RF) est le traitement de référence pour les patients atteints de fibrillation auriculaire paroxystique (FAP) réfractaire symptomatique malgré le traitement médicamenteux. L’isolation des VP fonctionne très bien pour traiter les FA paroxystiques mais elle a un rôle limité dans le traitement des patients atteints de FA persistante (FAPs). La FA persistante est en effet plus complexe, en raison du développement dans l'oreillette gauche (OG) d’un substrat arythmogène résultant d’un remodelage électrique et anatomique. Ce substrat maintient la FA et nécessite donc des ablations supplémentaires dans l’OG (en dehors des veines pulmonaires). Les récidives de fibrillation auriculaire sont principalement dues à la reconnexion électrique des veines pulmonaires. C’est un phénomène fréquent, qui limite le succès de la procédure à long terme. Certaines séries rapportent de 20 à 50% de récidive, avec un impact important pour le patient, et pour le système de santé puisque générant des hospitalisations et des procédures répétées. L'ablation point par point utilisant un cathéter d’ablation à électrode unique peut être techniquement complexe. De ce fait, les lésions transmurales, contiguës et pérennes sont parfois difficiles et longues à réaliser, expliquant pour une part les taux élevés de reconnexion. Par conséquent, de nouveaux types de cathéters d’ablation ont été développés. On citera par exemple : les cathéters ballons de cryoablation, les cathéters d’ablation circulaire à électrodes multiples (PVAC et nMARQ), sont maintenant disponibles et ont pour but la création de lésions complètes et continues. Cependant, le ballon de cryoablation a des limites, notamment dans sa capacité à s'adapter à la variabilité anatomique des VP et pour l'ablation des sites extra-veineux. La conséquence est qu’un cathéter d’ablation supplémentaire doit être utilisé pour l’ablation des sites extra-veineux ce qui rend la procédure plus complexe et coûteuse. L’absence d'irrigation du cathéter PVAC augmente sans doute le risque de complications thromboemboliques. Le cathéter nMARQ en revanche est un cathéter circulaire irrigué qui, en plus de son rôle dans l’isolation des VP, permet l'ablation de substrat en dehors des veines pulmonaires. Par ailleurs, les outils de cartographie et d'imagerie cardiaques sont de plus en plus couramment utilisés pour planifier et guider l'ablation de FA. On citera la cartographie électroanatomique invasive (Carto®3) et non invasive (ECVUETM), la tomodensitométrie (TDM) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Nous avons émis l'hypothèse que différentes stratégies et technologies pourraient améliorer la procédure et les résultats de l’isolation des VP en produisant de meilleures lésions et en permettant une visualisation directe des lésions. Nous avons donc évalué le rôle du cathéter circulaire irriguée pour la cartographie et l’ablation (nMARQ) dans la FAP et la FAPs avec ou sans guidage non invasif par ECGi. Nous nous sommes également intéressés à l’analyse en IRM des lésions produites par ce cathéter lors de l’isolation des veines pulmonaires. À cette fin, les données de l’isolation des VP ont été obtenues et traitées de manière aiguë et à 3 mois. Le suivi clinique a été évalué à 1 an. La thèse se compose de 3 parties : Partie 1 : Comment améliorer l'isolation des veines pulmonaires chez les patients atteints de fibrillation auriculaire paroxystique ? Partie 2 : Cathéter circulaire multiélectrodes et ablation de fibrillation auriculaire persistante. Partie 3 : Rôle de l'imagerie par résonance magnétique dans l'évaluation de la reconnexion des veines pulmonaires après l'isolement des veines pulmonaires ? / Atrial fibrillation (AF) is the most common form of cardiac arrhythmia in Humans. Pulmonary vein isolation (PVI) by radiofrequency (RF) ablation is the mainstay treatment for patients with symptomatic and drug refractory paroxysmal atrial fibrillation (PAF) as ectopic beats (triggers) from pulmonary veins (PVs) initiate AF, however PVI alone had limited role in treating patients with persistent atrial fibrillation (PsAF), due to additional involvement in left atrium (LA) by electrical and anatomical remodeling, creating more complex substrate (fibrosis) that maintain AF and therefore necessitate non-PV sites ablation to modify the arhythmogenic substrate. Atrial fibrillation recurrence mainly due to pulmonary vein (PV) electrical reconnection is common and remains the current issue that limits long term procedural success and generates extra costs due to repeated hospital admissions and repeated procedures. Point by point ablation using single tip catheter can be challenging, complex and time consuming, enhancing electrical reconnection as stable lesions are difficult to achieve. To overcome these limitations, new type of catheters such as balloon (cryoablation) and multi-electrode circular ablation catheters like PVAC and nMARQ, are now available. However, cryoablation balloon is limited by inability to adapt to anatomic PV variability and to ablate non-PV sites. This means that an additional ablation catheter has to be used for non-PV targets, and it certainly adds to the costs. The PVAC catheter lacks of irrigation increases the risk of thromboembolic complications. On contrary, nMARQ is an irrigated circular ablation catheter which in addition to its role in PVI, allows for non-PV/LA substrate ablation. Cardiac mapping and imaging tools are now commonly used to plan and guide AF ablation, such as invasive (Carto 3) and noninvasive (ECVUE) electroanatomic mapping (EAM), computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI), respectively. We hypothesized that different strategies and technologies could improve PVI procedure and outcome by producing better lesions and by allowing for direct visualization of lesions. We therefore, assessed the role of circular, irrigated mapping and ablation catheter (nMARQ) in PAF and PsAF with or without noninvasive ECGi guidance, and advanced imaging technologies (MRI) after PVI. For that purpose, PVI data were obtained and processed acutely and at 3 months. Clinical follow up was evaluated at 1 year. The thesis consists of 3 parts: Part 1: How to improve pulmonary vein isolation lesion formation in patients with paroxysmal atrial fibrillation? Part 2: Circular catheter and persistant atrial fibrillation ablation. Part 3: The role for magnetic resonance imaging in assessing pulmonary vein reconnection after pulmonary vein isolation?

De nombreuses études soulignent une relation directe entre la prévalence de la fibrillation auriculaire (FA) et le vieillissement. La senescence cellulaire et le phénotype sécrétoire associé semblent jouer un rôle central dans le développement de l'inflammation auriculaire. Cette inflammation est à l’origine d’un remodelage auriculaire délétère (stress oxydant, fibrose) favorable à la perpétuation et au maintien de la FA. Par ailleurs, il est connu que la FA favorise la coagulation locale et systémique. Cependant, l'impact des facteurs de la coagulation, notamment la thrombine, sur la FA est peu connu. L’objectif de cette étude était de déterminer le lien entre la sénescence des cellules endothéliales atriales et le phénotype pro-inflammatoire et pro-adhésif, la fibrose et le remodelage auriculaire tout en évaluant l’impact de la coagulation, et en particulier le rôle de la thrombine. / Many studies documented strong relationship between ageing and development of atrial fibrillation (AF). Moreover, it has been found that senescence and senescence-associated- secretory-phenotype play an important role in development of overall atrial inflammation which can ultimately ends up in atrial structural remodeling paving the way to AF perpetuation and maintenance. Moreover, it has been known for decades that AF has been associated with the activation of local and circulating coagulation factors. However, little is known about the impact of coagulation-derived factors, in particular thrombin, on the onset of AF. The aim of the present study was to determine the link between atrial endothelial cells (AECs) senescence and the induction of pro-inflammatory, pro-adhesive, pro-fibrotic and pro-remodelling AECs patterns and also to evaluate the contribution of coagulation derived-factors such as thrombin.

Objectif: Déterminer si l’efficacité de l’amiodarone pour le maintien du rythme sinusal varie selon la fonction systolique ventriculaire gauche. Contexte: Malgré un profil de sécurité établi en insuffisance cardiaque, nous ignorons si l’efficacité de l’amiodarone et son impact sur différentes issues cardiovasculaires sont modulés par la fonction ventriculaire gauche. Méthode: Nous avons effectué une analyse combinée de 3307 patients (âgés de 68,0±0,9 ans ; 31,1% de femmes) recrutés dans les études AFFIRM et AF-CHF qui ont été randomisés au contrôle du rythme par l’amiodarone (N=1107) ou au contrôle de la fréquence cardiaque (N=2200). Résultats: Chez les patients sous amiodarone, la survie sans fibrillation auriculaire était de 84% et de 45% à 1 et 5 ans respectivement, sans égard à la fraction d’éjection ventriculaire gauche (P=0,8754, ajusté). De façon similaire, la proportion moyenne ajustée de temps en fibrillation auriculaire (15,0±1,8%) n’a pas été influencée par la fraction d’éjection (P=0,6094). Durant le suivi, 1963 patients (59,4%) ont requis au moins une hospitalisation, incluant 1401 (42,6%) patients hospitalisés pour cause cardiovasculaire. Les taux ajustés d’hospitalisation pour toutes causes et pour cause cardiovasculaire étaient similaires entre les patients sous amiodarone et ceux dans le groupe de contrôle de la fréquence dans l’ensemble de la population ainsi que dans les sous-groupes de patients avec et sans dysfonction ventriculaire gauche sévère. De façon similaire, les taux ajustés de mortalité globale et cardiovasculaire étaient similaires entre chez les patients sous amiodarone et ceux traités par le contrôle de la fréquence dans l’ensemble de la population ainsi que dans les sous-groupes de patients avec et sans dysfonction ventriculaire gauche sévère. Conclusions: L’efficacité de l’amiodarone pour le maintien du rythme sinusal n’est pas influencée par la fonction ventriculaire gauche. Le contrôle du rythme avec l’amiodarone s’associe à des taux de mortalité et d’hospitalisation comparables au contrôle de la fréquence à la fois chez les patients avec et sans dysfonction ventriculaire gauche sévère. / Objectives: To determine whether amiodarone’s efficacy in maintaining sinus rhythm varies according to left ventricular systolic function. Background: Despite amiodarone’s established safety profile in heart failure, it is unknown whether its impact on cardiovascular outcomes is modulated by ventricular function. Methods: We conducted a pooled analysis of 3307 patients (age 68.0±0.9 years; 31.1% female) enrolled in AFFIRM and AF-CHF trials who were randomized to rhythm control with amiodarone (N=1107) or rate control (N=2200). Results: In amiodarone-treated patients, freedom from recurrent atrial fibrillation was 84% and 45% at 1 and 5 years, respectively, with no differences according to left ventricular function (adjusted P=0.8754). Similarly, the adjusted mean proportion of time in atrial fibrillation (15.0±1.8%) did not vary according to ventricular function (P=0.6094). During follow-up, 1963 (59.4%) patients required at least one hospitalization, with 1401 (42.6%) patients hospitalized for a cardiovascular reason. Adjusted all-cause and cardiovascular hospitalization rates were similar with amiodarone versus rate control in the overall population and in subgroups of patients with and without severe left ventricular dysfunction. Similarly adjusted all-cause and cardiovascular mortality rates were similar with amiodarone versus rate control, overall and in subgroups of patients with and without severe left ventricular dysfunction. Conclusions: Amiodarone’s efficacy in maintaining sinus rhythm and reducing the burden of atrial fibrillation is similar in patients with and without left ventricular dysfunction. Rhythm control with amiodarone was associated with similar mortality and hospitalisation rates when compared to rate control in patients with and without severe left ventricular dysfunction.

Ce manuscrit présente des travaux de recherche sur l’analyse et la détection des Electrogrammes Auriculaires Complexes Fractionnés (EACF). Dans une première partie faisant suite à une présentation des mécanismes et des signaux bioélelectriques de la Fibrillation Auriculaire (FA), les outils les plus couramment utilisés pour l’analyse des signaux EACF sont présentés. Des outils linéaires sont dans un premier temps appliqués aux signaux intracardiaques issus des procédures d’ablation de la FA par radiofréquence puis des outilsnon linéaires sont présentés et intégrés à un algorithme de détection des EACF. Ce dernier s’appuie sur la quantification des propriétés de récurrence des électrogrammes. Dans la seconde partie, la cellule et le tissu musculaire cardiaque sont détaillés puis simulés à l’aide de plusieurs modèles mathématiques. Ceux de FitzHugh Nagumo, Aliev Panfilov et Courtemanche Ramirez Nattel sont mis en oeuvre afin de reproduire les mécanismes de la FA évoqués dans la présentation de cette pathologie. L’acquisition des champs de potentiels est également reproduite à l’aide d’un modèle numérique de cathéter tel que celui utilisé lors des procédures. Les signaux temporels ainsi générés permettent de lier les activations spatiotemporelles au niveau du substrat aux motifs observables dans les EACF. Un modèle expérimental vient compléter la partie modélisation. Les cultures de cellules de rats nouveaux nés sur puces MEA (Micro Electrode Array) permettent de recréer des conditions de fibrillation et d’acquérir des potentiels extracellulaires. Là encore, les électrogrammes sont comparés aux signaux issus des simulations numériques ainsi qu’aux signaux cliniques. L’analyse des séquences de motifs via les trois types de modèles utilisés permet de rattacher les motifs observés dans les électrogrammes aux mécanismes se produisant au niveau du tissu cardiaque lors de la FA. Une analyse en temps réel permettrait de fournir au praticien des informations déterminantes lors de l’ablation concernant la nature et la localisation des sources d’arythmie / This manuscript presents research on the analysis and the detection of Complex Fractionated Atrial Electrograms (CFAE). In the first part, following a presentation over Atrial Fibrillation (AF) mechanisms and bioelectrical signals, the most commonly used tools for analyzing CFAE are presented. Linear tools are initially applied to signals from AF ablation procedures, then nonlinear tools are shown and integrated intoa CFAE detection algorithm. This one is based on the quantification of electrogram recurrence properties. In the second part, the cell and cardiac muscle tissue are described and simulated using mathematical models. Models such as FitzHugh Nagumo, Aliev Panfilov and Courtemanche Ramirez Nattel are implemented to reproduce the mechanisms of AF mentioned in the presentation of this disease. The acquisition of fields of potential is also reproduced using a numerical model of catheter as the one used during ablation process. Time signals thus generated are used to match the spatiotemporal activations at the substrate level with the patterns to be observed in CFAE. An experimental model completes the analysis. Cell cultures of newborn rats on MEA (Micro ElectrodeArray) can recreate fibrillation conditions and acquire extracellular potentials. Again, electrogramsare compared with signals from computer simulations and the clinical database signals. The analysisof pattern sequence via the three types of models can attach the observed patterns in electrograms with the mechanisms occurring at the cardiac tissue level during AF. Real-time analysis would allow the practitioner to receive critical information during ablation about the nature and the location of arrhythmia sources

En utilisant la méthode de génétique inverse, la mutation causale d'un bloc de conduction cardiaque familial a été localisée sur le bras long du chromosome 19 en 13.3 dans une grande famille libanaise. Après avoir testé 12 gènes candidats, nous avons trouvé 3 mutations différentes dans trois familles indépendantes de bloc de conduction cardiaque isolé. Les conséquences des 3 mutations ont été explorées par des études électrophysiologiques. Il s'agit dans les 3 cas d'un gain de fonction. Puis, une cohorte de 248 patients atteints de syndrome de Brugada a été étudiée. Onze mutations du gène TRPM4 ont été trouvées chez 20 patients. Les conséquences électrophysiologiques des mutations étaient diverses. Ensuite, des cohortes de patients atteints de syndrome du QT long, de fibrillation auriculaire ou de cardiomyopathie dilaté ont été étudiées. Nous avons également trouvé des mutations ou des variants prédisposants du gène TRPM4 chez ces patients. Une étude électrophysiologique doit être réalisée pour comprendre le rôle de TRPM4 dans ces autres pathologies. Enfin, notre étude immunohistochimique a démontré que TRPM4 est fortement exprimé dans le système de conduction cardiaque mais aussi plus faiblement dans les cardiomyocytes auriculaires et ventriculaires communs. Ce travail a permis d'impliquer pour la première fois le gène TRPM4 dans des maladies humaines. Ce travail donne les bases pour comprendre le rôle du canal TRPM4 dans le fonctionnement cardiaque. C'est le préalable nécessaire avant de pouvoir développer de nouvelles thérapeutiques dans le futur / By using reverse genetics, the causal mutation of a familial cardiac conduction block was localized to the long arm of chromosome 19 in 13.3. After screening 12 candidate genes, we found 3 different mutations in three independent families with isolated cardiac conduction block. The consequences of these 3 mutations were explored by electrophysiological studies. In all 3 mutations it was a gain of function. Then, a cohort of 248 patients with a Brugada syndrome was studied. Eleven mutations were found in the TRPM4 gene in 20 patients. The electrophysiological consequences of these mutations were diverse. Then, cohorts of patients with long QT syndrome, atrial fibrillation, and dilated cardiomyopathy were studied. We found also mutations or predisposing variants in these patients. An electrophysiology study should be conducted to understand the role of TRPM4 in these other pathologies. Finally, our immunohistochemical study showed that TRPM4 is highly expressed in the cardiac conduction system but also although with less intensity in common auricular and ventricular cardiomyocytes. This work implied for the first time the TRPM4 gene in human diseases. This work provides the basis to understand the role of the TRPM4 channel in cardiac function. This is a prerequisite to be able to develop novel therapies in the future

Cardiac arrhythmias are disorders of the electrical system of the heart and an often clinically-challenging group of disorders. Atrial fibrillation (AF) is the most common cardiac arrhythmia in the general population; it is associated with significant morbidity and mortality. Available antiarrhythmic drugs (AADs) for the treatment of AF are older molecules with sub- optimal efficacy and safety profiles. Recent advances in basic electrophysiology and the development of sophisticated mathematical modeling approaches could help in expanding our understanding of the basic mechanisms of AF and assist in the development of novel AF- selective AADs. The purpose of this thesis was to utilize computational approaches to the understanding of the consequences and opportunities of ion channel properties, with a special emphasis on AF. The cardiac action potential is the basic functional unit of the electrical system of the heart and is the manifestation of coordinated current fluxes through specialized proteins known as ion channels. Antiarrhythmic drugs act through modulation of ion channel properties. We hypothesized that mathematical modeling could be used to study and optimize the pharmacodynamic properties of AADs for the treatment of AF. We demonstrated that the pharmacodynamic properties (binding/unbinding characteristics) of a state-dependent Na+- channel blocker modulate the drug’s anti-/proarrhythmic actions with inactivated-state blockers being optimally AF-selective. The optimized drug’s selectivity for AF was the result of its rate- selectivity (stronger effects at fast vs slow cardiomyocyte activation rates) with relatively mild atrial-selective (stronger effects in atrial vs ventricular cardiomyocytes) actions. We found that the optimally AF-selective Na+-channel blocker had sub-optimal anti-AF efficacy, but that slightly less selective drugs had favorable AF-termination rates. We then sought to explore potential current-block combinations with synergistic AF- selective properties. Using mathematical modeling and laboratory experiments, we demonstrated that the combination of optimized state-dependent Na+-channel block and K+- channel block had synergistic effects, significantly augmenting AF termination rates for any level of AF-selectivity vs pure Na+-channel block. The mechanisms of these synergistic effects were found to be mediated by the functional interaction between the action potential prolonging- v effects of K+-channel block, the Na+-channel blocker’s voltage-dependent binding/unbinding properties and the Na+ channel’s inactivation characteristics, highlighting the non-linear nature of the cardiac action potential’s dynamics. Traditional K+ currents targeted by AADs have significant ventricular proarrhythmic liabilities. Using recent experimental observations, we updated the mathematic formulation for the inactivation dynamics of the ultra-rapid delayed-rectifier K+ current (IKur), an atrial-specific current. Using this model, we showed that, contrary to what had been proposed in the published literature, IKur rate-dependent properties are mediated by its activation properties with minimal contribution from inactivation, under physiological conditions. We also demonstrated that the contribution of IKur to action potential repolarization is preserved, or even increased, in the setting of electrical remodeling-induced IKur downregulation. Finally, we described the mechanisms of the forward rate-dependent of IKur block, mediated by functional non-linear interactions with the rapid delayed inward-rectifier K+ current (IKr), the only K+ current with such properties. Until recently, fibroblasts were considered to be electrically inactive. More recently, experimental work demonstrated the presence of functional ionic current on the fibroblast and possible cardiomyocyte-fibroblast coupling. Here, we described a novel kind of heart failure- induced electrical remodeling involving the fibroblasts ion channels. This was characterized by downregulation of the fibroblast voltage-dependent K+ current (IKv,fb) and upregulation of the fibroblast inward-rectifier K+ current (IKir,fb). We then implemented our experimental findings into a mathematical model of cardiomyocyte-fibroblast coupling and found fibroblast electrical remodeling to have significant effects on the cardiomyocyte’s electrophysiological properties. In a 2-dimension model of simulated AF, downregulation of IKv,fb had an antiarrhythmic effect whereas IKir,fb upregulation was found to be proarrhythmic. The studies presented here utilized mathematical modeling to study non-linear systems in cardiac electrophysiology to tackle questions that would have been difficult to approach with traditional laboratory-based experimentation. They also showcased how theoretical results can help orient and receive confirmation with subsequent experimental work or, conversely, novel experimental findings results be implemented into a mathematical model to investigate potential consequences. Mathematical modeling is a promising tool to help in studying the complex and vi non-linear effects of pharmacological modulation of ion channel properties and assist in the development of optimized antiarrhythmics for the treatment of AF, a major unmet need in clinical medicine. As models increase in sophistication to better represent the cardiomyocyte’s electrophysiology, they will almost certainly play an ever-growing role in expanding our understanding of the mechanisms of complex arrhythmias. / Les arythmies cardiaques représentent une famille de pathologies du système électrique cardiaque. La fibrillation auriculaire (FA), est l’arythmie cardiaque la plus fréquente dans la population générale et est associée à un fardeau de morbidité et mortalité cardiovasculaire important. Les médicaments antiarythmiques utilisées dans le traitement de la FA sont de vieilles molécules avec une efficacité sous-optimale et des effets secondaires importants. Les avancées récentes en électrophysiologie cardiaque fondamentale et le développement d’outils de modélisation mathématique ont le potentiel d’élargir notre compréhension des mécanismes pathophysiologiques en FA et contribuer au développement de nouveaux médicaments antiarythmiques optimisés pour le traitement de la FA. L’objectif global de cette thèse est d’utiliser les méthodes de modélisation mathématique pour étudier les conséquences et opportunités thérapeutiques de la modulation des canaux ioniques cardiaques, avec une emphase sur la FA. Le potentiel d’action cardiaque est l’unité fonctionnelle de base du système électrique cardiaque ; il est le résultat du flux coordonné de courants électriques à travers de protéines spécialisées, les canaux ioniques. Les molécules antiarythmiques agissent à travers la modulation des canaux ioniques cardiaques. Nous avons posé l’hypothèse que des modèles mathématiques pourraient être utilisés pour étudier et optimiser les propriétés pharmacodynamiques d’un médicament antiarythmique pour le traitement de la FA. Nous avons démontré que les propriétés pharmacodynamiques (propriétés de liage et déliage) d’un bloqueur des canaux Na+ état-dépendant modulent les effets anti- et pro-arythmiques de la molécule ; un bloqueur Na+ sélectif pour l’état inactivé du canal serait maximalement FA-sélectif. Cette sélectivité pour la FA est la conséquence de la sélectivité pour la fréquence (effet thérapeutique plus important à des fréquences d’activation du cardiomyocyte élevées vs basses) avec une contribution relativement faible de la sélectivité auriculaire (effet thérapeutique plus important sur les cardiomyocytes auriculaires vs ventriculaires). Par la suite, nous avons exploré des combinaisons de bloqueurs ioniques ayant des propriétés anti-FA synergiques. En utilisant des modèles mathématiques et des expériences en laboratoire, nous avons démontré que la combinaison d’un bloqueur des canaux Na+ et d’un iii bloqueur des canaux K+ a des effets synergiques, augmentant de façon importante l’efficacité anti-FA pour un même degré de sélectivité vs un bloqueur des canaux Na+ seul. Le mécanisme de synergie a été élucidé et consiste d’effets fonctionnels médiés par l’interaction du prolongement de la durée du potentiel d’action causé par le bloque des canaux K+, les propriétés voltage-dépendantes du liage et déliage du bloqueur des canaux Na+ ainsi que des propriétés d’inactivation des canaux Na+, démontrant la nature hautement non-linéaire des dynamiques du potentiel d’action cardiaque. Les courants K+ ciblés par les médicaments antiarythmiques ont des effets proarythmiques ventriculaires importants. En utilisant des données expérimentales récentes, nous avons proposé une formulation mise à jour des dynamiques d’inactivation du courant K+ IKur, un courant auriculo-sélectif. En utilisant ce modèle, nous avons démontré que, contrairement à ce qui avait été précédemment proposé, les propriétés fréquence-dépendantes du courant IKur dépendent de ses caractéristiques d’activation avec une contribution négligeable de ses propriétés d’inactivation, sous conditions physiologiques normales. Nous avons également démontré que la contribution de IKur à la repolarisation du potentiel d’action est maintenue, voir augmentée, dans le contexte de la diminution de IKur en situation de remodelage électrique induit par la FA. Finalement, nous avons décrit le mécanisme qui sous-tend les propriétés fréquence-dépendantes du bloque de IKur, l’unique courant K+ avec de telles caractéristiques. Jusqu’à très récemment, les fibroblastes cardiaques étaient considérés comme électriquement inactifs. Des travaux expérimentaux ont démontré la présence de canaux ioniques sur la surface de ces fibroblastes ainsi que la possibilité de couplage électrique entre cardiomyocytes et fibroblastes. Nous avons décrit un nouveau type de remodelage électrique en situation d’insuffisance cardiaque, le remodelage des courants ioniques des fibroblastes cardiaques. Ce remodelage est caractérisé par une diminution du courant K+ voltage-dépendant IKv,fb et une augmentation du courant K+ IKir,fb. Nous avons par la suite incorporé ces trouvailles expérimentales dans un modèle mathématique simulant l’interaction électrique entre cardiomyocytes et fibroblastes et montré que le remodelage électrique des fibroblastes peut avoir un impact important sur les propriétés électrophysiologiques des cardiomyocytes. Dans iv un modèle 2-dimensionel de FA, nous avons trouvé que la diminution de IKv,fb a un effet antiarythmique alors que l’augmentation de IKir,fb a des effets proarythmiques. Les études ici présentées utilisent les méthodes de modélisation mathématique pour l’étude de systèmes non-linéaires en électrophysiologie cardiaque et aborder des avenues de recherche difficilement accessibles aux méthodes de laboratoire traditionnelles. Elles démontrent également comment des résultats théoriques peuvent orienter et trouver confirmation dans des travaux expérimentaux subséquents ou, à l’inverse, des trouvailles expérimentales peuvent être implémentées dans les modèles mathématiques pour investiguer les conséquences de celles-ci. La modélisation mathématique est un outil prometteur pour l’étude des effets complexes et non-linéaires de la modulation pharmacologique des canaux ioniques et ainsi contribuer au développement de médicaments antiarythmiques optimisés pour le traitement de la FA, un besoin clinique majeur.

Contexte: La physiopathologie de la fibrillation auriculaire (FA) a été caractérisée par des changements de concentration cellulaire de Ca2+ et des processus connexes menant à l'apparition et au maintien de la maladie. Les récepteurs de trisphosphate d'inositol (IP3R) sont des canaux calciques ligand-dépendants pour lesquels la surexpression dans la FA a été liée à un remodelage cardiaque. Les microARN (miR, miARN), petits ARN non codants, sont d'une longueur d'environ 22 nucléotides et régulent l'expression des gènes par déstabilisation de l'ARN ou inhibition de sa traduction. De plus en plus de preuves ont été apportées sur le rôle des miARN dans la physiopathologie des troubles cardiaques, y compris le remodelage défavorable induit par la FA. Objectif: Notre laboratoire a montré que le niveau nucléaire IP3R1 est régulé à la hausse dans le modèle canin de FA, ce qui produit une augmentation de la charge nucléaire en calcium. Cette étude vise donc à étudier le rôle des miARN dans la régulation d'IP3R1 qui initie et/ou perpétue la FA dans les cardiomyocytes auriculaires du modèle de FA chez le chien. Méthodes: Nous avons utilisé un modèle canin de AF établi par méta-cardiographie auriculaire pendant 600 bpm × une semaine; des cœurs perfusés par Langendorff pour isoler les cardiomyocytes auriculaires pour des expériences moléculaires; le criblage des miRs qui ciblent le gène ITPR1, codant IP3R1, en utilisant des bases de données en ligne; RT-qPCR pour mesurer l'expression de l'ARNm de ITPR1 et confirmer le niveau d'expression des miARN criblés; l'analyse Western Blot pour évaluer le niveau de protéine d’IP3R1; le test de la double luciférase reporter, la surexpression et l'abattement des miARN en culture primaire de cardiomyocytes isolées ou de lignées cellulaires appropriées; et l'imagerie par fluorescence calcique Fluo-4 AM pour évaluer le rôle potentiel des miARN sur la manipulation du Ca2+. Pour les expériences de manipulation des miARN, les cellules ont été transfectées avec 1) un miARN non codant (miR-NC, groupe témoin), 2) un miARN mimétique et 3) un inhibiteur du miARN (AMO). La signification statistique est calculée avec le test t de Student ou l'analyse unidirectionnelle de variance (ANOVA) suivie par le test de Tukey à comparaisons multiples en utilisant le logiciel GraphPad Prism version 6.00. Résultats: Nos données indiquent une augmentation du niveau de la protéine IP3R1 sans changement apparent de l'expression du gène ITPR1 dans les cardiomyocytes de l'oreillette gauche par rapport à notre modèle canin de FA. Sur la base de l'analyse informatique, il a été prédit que miR-26a ciblerait l'ARNm de l'ITPR1. La FA a considérablement réduit la régulation du miR-26a dans les cardiomyocytes de l'oreillette gauche. Le dosage de la double luciférase reporté dans les cellules H9C2 a montré que le miR-26a agissait directement sur la région non traduite 3′ (3′UTR) de l'ARNm ITPR1. De plus, la surexpression de miR-26a a réduit le niveau de la protéine IP3R1 et a diminué le taux diastolique [Ca2+] dans le noyau et le cytosol des cardiomyocytes de chien, des transistors de Ca2+ stimulés électriquement; tandis que le knockdown de miR-26a a inversé ces effets. L'expression de l'ARNm de l'ITPR1 est restée inchangée dans les cardiomyocytes de chien isolées après la transfection avec l'imitateur et l'inhibiteur de l'ARNm. Conclusion: La régulation à la hausse d'IP3R1 dans la FA est due à l'inhibition de la traduction par le miR-26a, qui est régulé à la baisse dans les cardiomyocytes auriculaires du modèle canin de FA. Ce changement est associé à une altération de la manipulation du Ca2+, qui se traduit par une augmentation des taux de Ca2+ diastolique nucléaire. Nos résultats suggèrent que la régulation à la baisse de miR-26a augmente l'expression de l’IP3R1, contribuant au remodelage pro-arythmique dans la FA. / Background: The pathophysiology of atrial fibrillation (AF) has been characterized by changes in the cellular concentration of Ca2+ and related processes leading to the initiation and maintenance of the condition. Inositol trisphosphate-receptors (IP3Rs) are ligand-gated calcium channels for which overexpression in AF has been linked to cardiac remodeling. microRNA (miR, miRNA)s, small non-coding RNAs, are around 22 nucleotides in length and regulate gene expression by mRNA destabilization or inhibition of its translation. A growing body of evidence has emerged about miRNA's role in the pathophysiology of cardiac disorders, including AF-induced adverse remodeling. Objective: Our laboratory has shown that nuclear IP3R1 level is upregulated in the dog AF model, producing increased nuclear calcium loading. Hence, this study aims to investigate the role of miRNAs in the regulation of IP3R1 initiating and/or perpetuating AF in atrial cardiomyocytes of the dog AF model. Methods: We used AF dog model established by atrial-tachypacing for 600 bpm × one week; Langendorff-perfused hearts to isolate atrial cardiomyocytes for molecular experiments; screening miRs that target ITPR1 gene, encoding IP3R1, using online databases; RT-qPCR to measure ITPR1 mRNA expression and confirm the expression level of the screened miRNAs; western blot analysis to evaluate the protein level of IP3R1; dual-luciferase reporter assay, overexpression and knockdown of miRNAs in primary culture of isolated cardiomyocytes or appropriate cell lines; and Fluo-4 AM calcium fluorescence imaging to assess the potential role of the miRNA on Ca2+ handling. For miRNA manipulation experiments, cells were transfected with 1) non-coding miRNA (miR-NC, control group), 2) miRNA mimic, and 3) inhibitor of the miRNA (AMO). Statistical significance is calculated with Student's t-test or one-way analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey's multiple comparisons test using GraphPad Prism software version 6.00. Results: Our data indicated a rise in IP3R1 protein level with no apparent change in ITPR1 gene expression in left atrial cardiomyocytes from our dog AF model. Based on the computational analysis, miR-26a was predicted to target the ITPR1 mRNA. AF significantly downregulated miR-26a in left atrial cardiomyocytes. The dual-luciferase reporter assay in H9C2 cells showed that miR-26a directly acted on the 3′ untranslated region (3′UTR) of ITPR1 mRNA. In addition, miR-26a overexpression reduced the IP3R1 protein level and decreased the diastolic [Ca2+] in both nucleus and cytosol of the electrically-stimulated Ca2+ -transients, dog cardiomyocytes, while miR-26a knockdown reversed these effects. ITPR1 mRNA expression remained unaltered in isolated dog cardiomyocytes after transfection with the miRNA mimic and inhibitor. Conclusion: IP3R1 upregulation in AF is due to translation inhibition by miR-26a, which is downregulated in the atrial cardiomyocytes of the dog AF model. This change is associated with altered Ca2+ handling, reflected as enhanced nuclear diastolic Ca2+ levels. Our results suggest that miR-26a downregulation enhances the IP3R1 expression, contributing to pro-arrhythmic remodeling in AF.

La fibrillation auriculaire affecte un nombre grandissant d’individus chaque année et peut mener à de graves complications telles qu’un accident vasculaire cérébral. Une approche thérapeutique est la thermo- ou cryoablation par cathéter de zones tissulaires essentielles au maintien des épisodes de fibrillation. Une des cibles proposées pour l’ablation est le centre des rotors qui maintiennent l’arythmie en créant des réentrées stables. Ces rotors sont détectés à partir de signaux de cartographie électrique ou optique ou dans des simulations à l’aide du concept de singularité de phase (SP). L’analyse de ces SP donne une description de la dynamique de la fibrillation. Le suivi dans le temps (tracking) des SP a une importance critique pour calculer la durée de vie des rotors et leur stabilité. L’objectif du projet est donc d’améliorer les algorithmes de détection et de suivi des SP. Nous avons développé des modèles de tissus cardiaques 2D avec des hétérogénéités dynamiques (variations battement à battement), ionique (conductance des canaux potassiques), et structurelles (fibrose). Des épisodes de fibrillation ont été simulés dans ces modèles. Le script développé permet de suivre avec précision les SP de l’ensemble de simulations. La performance de cet algorithme varie en fonction de la complexité de la dynamique étudiée et du pas de temps utilisé pour faire le suivi. Une correction a posteriori et une simplification à partir d’un facteur de seuillage (τps = 15ms) permettent de mettre en évidence les rotors permanents avec une longue durée de vie. Cet algorithme permettra donc de faciliter les analyses de dynamique de fibrillation auriculaire en contexte de simulation sous la forme de feuillet tissulaire 2D. La méthode utilisée est aussi généralisable aux modèles 3-dimensionnels. / Atrial fibrillation affects a growing number of individuals each year. These patients are subject to severe complication such as AVCs if a treatment is not applied to their condition. One possible therapeutic approach is catheter ablation of the problematic tissue with heat or cold. This method targets fibrillation sources known as rotors. To allow for a more efficient and personalizable treatment, detection of such rotors is done through electrical or optical signal cartography. The resulting map of membrane potentials can then be used to find the center of the target rotors: phase singularities (PS). PS analysis allows a deeper understanding of AF dynamics. Moreover, tracking these reentries is essential for the evaluation of PS lifespan. The sources with longer the lifespans can be identified as stable and kept as possible candidates for ablative therapy. The projects objective is to improve PS detection and tracking algorithms We have developed 2D atrium models with dynamic (beat-to-beat variation), ionic (potassium channel conductance) and structural (fibrosis) heterogeneities. Episodes of atrial fibrillation were simulated for each model. The developed method allows for precise PS tracking for the simulated cases of AF. The error rate of the method is dependent of the temporal resolution and the complexity of the fibrillation dynamics. By applying a post-processing correction method and a threshold to the lower lifespan values ( ps = 15ms) it is possible to highlight longer lasting rotors that could be considered permanent when the temporal resolution is sufficiently low (dt = 0.1ms). The result of the following project allows for easier AF dynamics analysis for simulated 2D sheet cases. The method is theoretically applicable to 3D cases if the algorithm is adapted to such models.

Introduction: Il y a peu de données publiées sur les prédicteurs de saignement majeur (MB) dans une population d’utilisateurs d’anticoagulants oraux (OAC) qui inclue les OACs à action directe chez des patients ayant un diagnostic de fibrillation auriculaire (AF) en situation réelle. Objectif: Développer un modèle de prédiction de MB et de ses sous-types pour une population de nouveaux utilisateurs de OAC ayant un diagnostic de AF en situation réelle. Méthode : À l’aide de la base de données d’hospitalisation Med-Écho et des bases de données administratives de la RAMQ, nous avons identifié des patients ayant un diagnostic primaire ou secondaire de AF suite à une hospitalisation qui ont eu leur congé hospitalier de janvier 2011 à décembre 2017. Nous avons ensuite identifié ceux qui étaient des nouveaux utilisateurs de OAC et catégorisé ceux-ci selon le OAC utilisé ainsi que sa dose. L’entrée dans la cohorte était la première dispensation de OAC durant la période d’étude alors qu’un nouvel utilisateur a été défini par l’absence de dispensation de OAC un an avant cette date. Nous avons évalué l’incidence de MB, des saignements gastrointestinaux (GIB), extracrânien non-gastrointestinaux (NGIB) et intracrâniens (ICH) dans l’année de suivi. Nous avons utilisé la régression logistique-LASSO et logistique-LASSO adaptative pour la sélection des prédicteurs potentiels de MB dont l’âge, le sexe, les comorbidités (jusqu’à 3 ans avant l’entrée dans la cohorte) et l’utilisation concomitante de médicaments (jusqu’à 2 semaines avant l’entrée dans la cohorte). La discrimination et la calibration ont été évaluées afin de sélectionner le meilleur modèle. Des analyses de sous-groupe ont été effectuées pour le GIB et NGIB ainsi que les sous-catégories de OAC. Résultats. Notre cohorte comprenait 36,381 nouveaux utilisateurs de OAC entre 70 et 86 ans. Les prédicteurs importants, dont l’âge, l’historique de MB et l’insuffisance hépatique, avaient des rapports de cotes de 1.37 à 1.64 pour le modèle global. Celui-ci avait une statistique c de 0.63 (95% CI 0.60-0.65), était calibré et performaient similairement pour le GIB et le NGIB. À l’exception de quelques prédicteurs importants, dont l’âge et l’historique de MB, la plupart des prédicteurs sélectionnées du GIB étaient distincts de ceux du NGIB dans la cohorte totale. Les prédicteurs de MB avaient des tendances similaires pour les DOACs et la warfarine. Conclusion. Les prédicteurs de MB et de leurs sous-types étaient similaires parmi les utilisateurs de DOAC et de warfarine. Les prédicteurs sélectionnées par nos modèles et leur potentiel discriminatif concordaient avec la littérature publiée. / Background: The real-world predictors of major bleeding (MB) and its subtypes has not been well-studied in a population of oral anticoagulant (OAC) users diagnosed with atrial fibrillation (AF) that includes direct oral anticoagulant (DOAC) users. Objectives: To derive prediction models for MB and its most prevalent subtypes from a dataset of new users of all approved OACs with AF. Methods: We identified patients who were hospitalized and discharged in the community from January 2011 to December 2017 with a primary and secondary diagnosis of AF using the Med-Echo hospitalization database and the RAMQ administrative databases. From this subset, we identified new users of OACs, after which we categorized patients according to OAC type and dose. Cohort entry was defined as the first claim of OAC in the study period, while new users were defined by the absence of any OAC claim one year before cohort entry. We identified incident MB, gastrointestinal (GIB), non-GI extracranial bleeding (NGIB) and intracranial hemorrhage (ICH) within 1 year of follow-up. We used logistic-LASSO and logistic-adaptive LASSO regressions to identify MB predictors in this population from the following candidate predictors: age, sex, comorbidities (within 3 years before cohort entry), concomitant medication (within 2 weeks before cohort entry). Discrimination and calibration were assessed so that the best model could be selected. Subgroup analyses were performed for MB subtypes and OAC types. Results: Our cohort consisted of 36,381 oral anticoagulant new users aged 70-86 years old. The important MB predictors were age, prior MB and liver disease with ORs ranging from 1.37-1.64 for the model derived from the full cohort. It had a c-statistic of 0.63 (95% CI 0.60-0.65) with adequate calibration and similar c-statistics for GIB and NGIB. Except for a few important predictors, such as age and prior MB, most selected GIB predictors were distinct from those of NGIB in the full cohort. Lastly, MB predictors had similar trends for warfarin and DOACs. Conclusions: MB and MB subtype predictors were similar among DOAC and warfarin users. The predictors selected by our models and their discriminative potential are concordant with published data.