Cette thèse, intitulée « L’exploration fonctionnelle de repos et à l’exercice dans l'hypertension pulmonaire », est le résultat de différents travaux de physiologie clinique effectués dans le cadre des maladies vasculaires pulmonaires (MVP).La première partie de cette thèse est consacrée à l’étude de la diffusion des gaz dans l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), l’hypertension pulmonaire thromboembolique chronique (HTP-TEC) et la maladie veino-occlusive pulmonaire (MVOP). Nous nous sommes particulièrement intéressé à l’étude de la double diffusion du monoxyde de carbone (DLCO) et d’azote (DLNO), permettant notamment la mesure du volume capillaire (Vc) et de la diffusion membranaire (Dm). Nous avons mis en évidence une diminution significative de ces paramètres dans les trois maladies et plus particulièrement dans la MVOP. Cette pathologie a la particularité de présenter un rapport DLNO/DLCO significativement plus élevé, évocateur de l’hémangiomatose capillaire associée à l’atteinte veinulaire. De plus, nous avons mis en évidence que le volume capillaire et la diffusion membranaire sont corrélés aux paramètres de capacités à l’exercice, dont la consommation en oxygène (VO2), dans un groupe de patients avec HTAP indemnes de toute comorbidité. Enfin, nous avons mis en évidence une corrélation significative entre la Dm et la survie dans l’HTAP.La deuxième partie de cette thèse fait référence a l’étude du cathétérisme cardiaque droit durant l’exercice. Dans un premier travail, nous avons collaboré à la proposition d’une nouvelle définition de l’hypertension pulmonaire à l’exercice (HTPe). Dans une cohorte rétrospective de patients investigués au Centre National de référence de l’Hypertension Pulmonaire, nous avons montré que l’association de résistances pulmonaires totales supérieures à 3 UW au pic de l’effort avec une pression artérielle pulmonaire moyenne (PAPm) supérieure à 30 mmHg présentent des valeurs de sensibilités et de spécificités élevées pour le diagnostic de patients avec MVP ou cardiopathie gauche sans hypertension pulmonaire de repos. Nous avons confronté ces résultats à une cohorte historique de sujets sains et trouvé des valeurs similaires. Dans un autre travail, nous avons analysé la concordance entre trois différentes définitions utilisées jusqu’à présent dans la littérature concernant l’HTPe, en montrant qu’elles ne sont pas équivalentes. Enfin, nous avons collaboré à une étude hémodynamique des sujets présentant une PAPm au repos comprise en 21 et 24 mmHg. Nous avons démontré que ces sujets présentent une hémodynamique d’effort anormale et qu’il existe une association entre la PAPm de repos et la fréquence de l’ HTPe.Dans la troisième partie de la thèse, nous avons contribué à l’étude de la distensibilité vasculaire dans les MVP. Dans une première étude rétrospective, nous avons collaboré à la validation du modèle alpha de distensibilité vasculaire. Nous avons démontré dans une cohorte de sujets avec maladies vasculaires pulmonaires que le coefficient alpha permet de détecter précocement des anomalies de la circulation pulmonaire chez des sujets présentant une PAPm de repos inférieure à 25 mmHg. De plus, dans une étude prospective, nous avons également étudié une nouvelle technique diagnostic : le signal Doppler pulmonaire, basé sur la pulsatilité de la paroi vasculaire, et donc reflétant la distensibilité des vaisseaux. Nous avons démontré que la performance diagnostique de cette technique était tout à fait acceptable en comparaison avec le cathétérisme cardiaque droit.Enfin, dans la dernière partie, nous avons exploré les différences de réponses à l’effort entre un groupe de patients avec HTAP et un groupe de patients avec une forme distale d’HTP-TEC. Nous avons observé une réponse ventilatoire différente, notamment avec une inefficience ventilatoire plus importante liée à un effet espace mort, expliquant une partie de la limitation fonctionnelle. / This thesis, entitled « Rest and exercice functional investigation in pulmonary hypertension » is the sum of several physiological and clinical works in the field of pulmonary vascular diseases (PVD).The first part of this thesis is focused on the study of gas diffusion in pulmonary arterial hypertension (PAH), chronic thromboembolic pulmonary hypertension (CTEPH) and pulmonary veno-occlusive disease (PVOD). We have a special interest in the study of combined nitric oxide diffusion (DLNO) and carbon monoxide diffusion (DLCO) technic, which allows the measurement of capillary blood volume (Vc) and membrane diffusion (Dm). We have demonstrated a significant decrease of those parameters in the three forms of PH, specifically emphasized in PVOD. Furthermore, DLNO/DLCO ratio was remarkably increased in PVOD, suggesting a component of capillary hemangiomatosis associated to venular remodeling. Moreover, we have demonstrated that Vc and Dm were correlated to exercice capacity, such as peak VO2, in a group of PAH patients without confunding factors. Finally, we have found a significant correlation between Dm and survival in PAH.The second part of this thesis was about right heart catheterization during exercice. In this work, we have collaborated to the proposition of a new definition of exercice pulmonary hypertension (ePH). In a retrospective cohort of patients investigated in the French National Center for Pulmonary Hypertension, we have shown that total pulmonary resistance above 3 WU during exercise associated with a mean pulmonary arterial pressure (mPAP) above 30 mmHg displayed high sensitiviy and specificity for diagnosis of patients with PVD or left heart disease without resting pulmonary hypertension. We have compared these results with an historical cohort of healthy subjects and found similar results. In an other work, we have analyzed the concordance between three different definitions of ePH recently used in the litterature. We have demonstrated that they were not equivalent. Finally, we have collaborated to an haemodynamic study of subjects with resting mPAP between 21 and 24 mmHg. We have demonstrated that these subjects displayed abnormal haemodynamics during exercice. We have also demonstated that a progressive rise of resting mPAP was associated with an increase of the frequence of ePH.The third part of this manuscript is consacrated to the study of pulmonary vascular ditensibility in PVD. In a retrospective study, we have collaborated to the validation of the alpha model which allow the estimation of a distensibility coefficient. We have demonstrated in a cohort of patients with PVD that alpha allowed the early detection of abnormal pulmonary circulation in subjects with normal mPAP. In a prospective study, we have used a new technic called the lung Doppler signal (LDS) to diagnose PH, which investigates the pulsatile distensibility of pulmonary vascular walls. We have demonstated that LDS diagnostic performance was acceptable in comparison with the gold standard right heart catheterization.Finally, in the last part of the thesis, we have investigated differences of exercice profile between patients with PAH and distal CTEPH. We have demonstated an abnormal ventilatory pattern, with hyperventilation and marked ventilatory inefficiency in distal CTEPH. This is related to the increased physiological deadspace, which explained a part of fonctional limitation in distal CTEPH.

Les travaux de la thèse portent sur l'implication de la voie de signalisation Akt (sérine/thréonine kinase Akt) et mTOR (mammalian target of rapamycin) dans la physiopathologie de l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) expérimentale. L'HTAP résulte d'une prolifération exagérée des cellules constitutives des vaisseaux pulmonaires, principalement les cellules musculaires lisses artérielles pulmonaires (CML-AP). De nombreux effecteurs biologiques et physiques préalablement identifiés agissent sur les CML-AP et participent à l'hyperplasie de celles-ci. Nous montrons que ces nombreux effecteurs convergent vers une voie de signalisation intracellulaire commune, la voie Akt/mTOR, qui de fait représente une cible thérapeutique pour le traitement de l'HTAP, et pourrait conditionner l'hyperplasie des CML-AP. mTOR est présent dans la cellule sous forme de deux complexes, mTORC1 et mTORC2, qui phosphorylent des substrats variés contrôlant la prolifération cellulaire. Les effecteurs de mTORC1 incluent les S6 kinases (S6K1 and S6K2) et les "eIF4E-binding proteins" (4EBP) alors que mTORC2 active la sérine/thréonine kinase Akt et parmi les kinases sous-jacentes, la kinase GSK3. La première étude est consacrée à l'évaluation des effets des inhibiteurs de protéases du VIH (ritonavir, amprenavir, nelfinavir) sur la progression de HTAP expérimentale, induite par la monocrotaline ou l'hypoxie. Nous montrons que ces deux formes d'HTAP sont associées à une activation de la voie Akt/mTOR dans les artères pulmonaires. Les traitements respectifs par les trois inhibiteurs des protéases du VIH durant 3 semaines induisent une réversibilité de l'HTAP, de l'hypertrophie ventriculaire droite et du remodelage des vaisseaux pulmonaires, de même qu'une inhibition de la phosphorylation d'Akt, de S6K et de GSK3. La prolifération des CML-AP induite par le PDGF ou le SVF 5%, associée à une augmentation de p-Akt et p-GSK3, est également bloquée par les inhibiteurs des protéases, de façon similaire et non additive à celle d'inhibiteurs spécifiques de la PI3 kinase et de GSK3. La conclusion est que ces traitements antirétroviraux inihibent la progression de l'HTAP en inhibant la voir Akt/mTOR dans les CML-AP. Cette proposition permettrait d'expliquer l'effet suspecté en clinique des traitements antirétroviraux sur l'HTAP compliquant l'infection par le VIH.Dans la seconde étude, nous montrons que les CML-AP en culture prélevées à partir de rats ayant développé une HTAP induite par la monocrotaline proliférent de façon exagérée en comparaison avec les cellules de rats témoins. Ce phénotype prolifératif est observé en présence de nombreux facteurs mitogènes parmi lesquels le SVF 5%, le PDGF, la sérotonine ou 5-HT, l'IGF1 ou l'IL1-beta, et est associé à une activation des substrats de mTORC1 et mTORC2. Le traitement in vitro par la rapamycine des CML-AP de rats avec HTAP établie permet d'inhiber la prolifération de ces cellules et de bloquer à la fois mTORC1 et mTORC2. De même, le traitement par la rapamycine de rats porteurs de l'HTAP préétablie pendant une semaine permet de normaliser la prolifération des CML-AP in vitro et in vivo et d'inhiber mTORC1 et mTORC2, effets non observés par l'Imatinib ou la Fluoxetine. De plus, le traitement des rats par la rapamycine prévient ou corrige l'HTAP induite par la monocrotaline de façon plus importante que l'Imatinib ou la Fluoxétine.Ces résultats indiquent donc que l'activation de la voie Akt/mTOR, très étroitement associée au développement de l'HTAP expérimentale, pourrait expliquer le phénotype prolifératif anormal des CML-AP inhérent à la pathologie, et ainsi représenter une cible thérapeutique de choix pour le traitement de l'HTAP humaine. / The major objectives of research described in this thesis is focused on the cell signaling pathway of Akt (serine/threonine kinase Akt) and mTOR (mammalian target of rapamycin) in the patho-physiology of experimental pulmonary arterial hypertension (PAH). PAH occurs as a result ofhyperplasia of the components of pulmonary vessels, principally the pulmonary arterial smooth muscle cells (PA-SMCs). Numerous previously identified biological and physical effectors act on the PA-SMCs and participate in PA-SMC hyperplasia. Here we show studied that these different effectors converge into a common intracellular signaling pathway, Akt/mTOR signaling pathway, which represents actually a therapeutic target for PAH treatment, and could be involved in the hyperplasia of PA-SMCs. In cells mTOR, is presented in the form of two complexes, mTORC1 and mTORC2, which phosphorylate various substrates controlling the cellular proliferation. The effectors of mTORC1 include the S6 kinases (S6K1 and S6K2) and eIF4E-binding proteins (4EBP), meanwhile mTORC2 activates the serine/threonine kinase Akt and the underlying kinases, e.g. GSK3 kinase.The first study is devoted to evaluate the effects of the protease inhibitors of HIV (ritonavir, amprenavir, nelfinavir) on experimental PAH development induced by monocrotaline or hypoxia. We studied that the two forms of PAH are associated with an activation of Akt/mTOR signaling pathway in pulmonary arteries. The treatment by the three protease inhibitors of HIV during 3 weeks causes reversibility in experimental PAH with decreased right ventricular hypertrophy and pulmonary vascular remodeling as well as inhibition of phosphorylation of Akt, S6K and GSK3. The proliferation of PA-SMCs stimulated by PDGF or FCS 5%, which is associated with an increased p-Akt and p-GSK3, is also blocked by the proteases inhibitors, in a similar and non additive way like the specific inhibitors of PI3 kinase and GSK3. We conclude that the antiretroviral treatments significantly inhibits PAH development by inhibiting Akt/mTOR signaling pathway in PA-SMCs. This proposition allows explaining the effect of antiretroviral treatments of PAH accompanied with HIV in patients.In the second study, we studied that the cultured PA-SMCs extracted from the rats with monocrotaline induced-PAH(MCT-PAH) proliferates faster as compared to control. This proliferative phenotype is observed in the presence of different mitogenic factors including FCS 5%, PDGF, 5-HT, IGF1 or IL-1β, and is associated with an activation of the substrates of mTORC1 and mTORC2. Treatment with rapamycin in the PA-SMCs extracted from the rats with PAH in vitro inhibits the proliferation and also blocks the activation of mTORC1 and mTORC2. The treatment by rapamycin in the rats with PAH during one week allows normalizing the proliferation of PA-SMCs in vitro and inhibiting the activation of mTORC1 and mTORC2 in vivo. These effects were not observed when treated with imatinib or fluoxetine. Moreover, treatment with rapamycin prevents or reverse MCT induced PAH more significantly than that by imatinib or fluoxetine.These results indicate that the activation of Akt/mTOR signaling pathway isclosely related to experimental PAH development, which can explain the abnormal proliferative phenotype of PA-SMCs involved in the patho-physiology of PAH, and represent a therapeutic target for the treatment of PAH in human.

Au cours de ma thèse je me suis intéressé à deux aspects de l’immunité dans les pathologies pulmonaires chroniques : l’immunité innée et l’inflammation dans le développement de l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) ; l’immunité adaptative et la réponse vaccinale antigrippale chez des patients atteint de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO).Ma première étude a porté sur l’implication de la voie de signalisation IL-1ß/IL-1R1/MyD88 dans le développement de l’HTAP, l’IL-1ß étant une cytokine majeure de l’immunité innée. Nos résultats montrent que le remodelage vasculaire pulmonaire et l'inflammation dans l’HTAP dépendent de la voie de signalisation IL-1R1/MyD88. L’IL-1R1 et MyD88 sont tout deux nettement surexprimés dans les vaisseaux pulmonaires de patients atteints d’HTAP idiopathique. Chez les souris exposées à une hypoxie chronique de 21 jours, l’augmentation de la production d'IL-1ß et de l'expression de IL-1R1 et MyD88 précèdent le développement de l’HTAP. Les souris IL-1R1-/- et MyD88-/- étant protégées similairement contre le développement de l’HTAP, nous avons pu identifier IL-1R1 comme un acteur majeur dans la pathogenèse de l’HTAP, affectant à la fois la prolifération des cellules musculaires lisses d’artères pulmonaires (CML-AP) et le recrutement des macrophages. La protection partielle contre la maladie des souris M.lys-Cre MyD88fl/fl indique que les effets de l’IL-1ß/IL-1R1 sur l’HTAP sont médiés en partie par l'activation des macrophages. De plus, l’anakinra (IL-1Ra) permet de reverser partiellement l’HTAP établie, chez les souris SM22-5HTT+ et chez les rats exposés à la monocrotaline.Ma seconde étude a porté sur l’efficacité de la réponse vaccinale antigrippale chez des patients atteints de BPCO. Sur une cohorte de 15 sujets atteints de BPCO et 15 sujets sains, nos résultats montrent une altération de la réponse humorale et de la réponse cellulaire au vaccin antigrippale où l’on observe une production d’anticorps anti-hémagglutinine affaiblie et une diminution de la production d’IFNγ par les lymphocytes T auxiliaires (CD4+). L’analyse des sous-populations lymphocytaires indique qu’il existe chez ces patients un défaut de différentiation des cellules B, où l’on observe un taux de cellules B naïves (CD21+CD27-) plus important et un taux de cellules B mémoires (CD21+CD27+) switchées moindre (CD27+IgD-) que chez les patients contrôles, pouvant expliquer l’altération de la réponse vaccinale. Enfin, nous avons observé que les sous-populations lymphocytaires, en particulier les cellules B naïves et mémoires, sont corrélées avec deux paramètres cliniques de la maladie, la DLCO et le score d’emphysème.Ces travaux de thèse montrent donc que les interventions pharmacologiques ciblant la voie IL-1ß/IL-1R1 peuvent être prometteuses pour le traitement de l'HTAP et que de nouvelles stratégies vaccinales antigrippales doivent être développées pour les patients atteints de BPCO afin d’augmenter l’efficacité du vaccin et de prévenir les exacerbations. / During my thesis, I was interested in two aspects of immunity in chronic lung diseases: innate immunity and inflammation in the development of pulmonary arterial hypertension (PAH); adaptive immunity and influenza vaccine response in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD).My first study was focused on the involvement of the IL-1ß/IL-1R1/MyD88 signaling pathway in the development of PAH; IL-1ß is a major cytokine in innate immunity. Our results show that the pulmonary vascular remodeling and inflammation in PAH depend on IL-1R1/MyD88 signaling pathway. IL-1R1 and MyD88 are both significantly overexpressed in pulmonary vessels of patients with idiopathic PAH. In mice exposed to chronic hypoxia during 21 days, the increase in production of IL-1ß and expression of IL-1R1 and MyD88 are involved in the development of PAH. Mice deleted with IL-1R1 and MyD88 were similarly protected against the development of PAH. We identified IL-1R1 as a major player in the pathogenesis of PAH, affecting both pulmonary arteries smooth muscle (PA-SMC) proliferation and recruitment of macrophages. The partial protection against the disease in mice M.lys-Cre MyD88fl/fl indicates that the effects of IL-1ß/IL-1R1 on PAH are mediated partially by activation of macrophages. In addition, anakinra (IL-1Ra) partially reverse established PAH in SM22-5HTT + mice and rats exposed to monocrotaline.My second study was focused on the efficacy of influenza vaccine response in patients with COPD. In a cohort of 15 subject with COPD and 15 healthy subjects, our results show that both the humoral and the cellular responses to influenza vaccination are impaired in patients with COPD, with a blunted antibody response and decreased INFγ production by helper T lymphocytes (CD4+). Analysis of lymphocyte subpopulations indicates an impairment of B cell differentiation in these patients: naive (CD21+ CD27-) B cell counts were higher and switched memory B-cell (CD27+ IgD-) counts were lower in COPD patients, which could explain the impairment of vaccine response. Interestingly, these changes in B cell subsets correlated with DLCO and the CT emphysema score.This thesis work thus shows that pharmacological interventions targeted towards IL-1ß/IL-1R1 may be promising for the treatment of PAH and new influenza vaccine strategies should be developed for COPD patients to increase vaccine efficacy and prevent exacerbations.

L'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) idiopathique ou associée à une maladie sous-jacente est un trouble inexpliqué dont les formes graves, chez l'adulte comme le nouveau-né, restent mortels et pour lequel à ce jour, aucun traitement satisfaisant n'est disponible. Elle est caractérisée par une augmentation anormale de la pression artérielle pulmonaire (PAP) moyenne supérieur à 25 mmHg au repos et 30 mmHg à l'effort alors que chez un sujet sain elle est comprise entre 10 et 15 mmHg. L'hyperplasie des cellules musculaires lisses artérielle pulmonaire (CML-AP) est le principal déterminant du processus de remodelage vasculaire pulmonaire qui sous-tend l'hypertension artérielle pulmonaire.Il existe cependant des similitudes entre le cancer et l'hypertension artérielle pulmonaire. En effet, certains dysfonctionnements cellulaires et métaboliques sont communs aux deux maladies. En effet, des anomalies sont souvent retrouvées à la fois dans le cancer et dans les pathologies prolifératives, comme une mutation du gène codant pour le facteur de transcription p53, l'inactivation post-transcriptionnelle de p53 via l'inhibition de son interaction avec son régulateur négatif MDM2 (murine à double minute 2), l'augmentation de l'activité de la télomérase ainsi que la translocation de la sous-unité TERT vers la mitochondrie.Un moyen thérapeutique de choix dans le cancer ou autre pathologie proliférative est l'induction d'une sénescence cellulaire.Dans notre première étude, nous avons induit la sénescence des CML-AP en inhibant l'interaction p53-MDM2 en utilisant la Nutlin-3a, antagoniste spécifique et puissant de la liaison p53-MDM2, afin de limiter sa dégradation par le protéasome et ainsi augmenter son activité. Dans notre deuxième étude nous avons induit une sénescence des CML-AP en inhibant génétiquement ou pharmacologiquement la télomérase. Ces deux études ont montré que l'induction d'une sénescence cellulaire prévient et réverse partiellement l'HTAP dans différents modèles expérimentaux, en diminuant le nombre de CML-AP prolifératives et en augmentant le nombre de cellules sénescentes (p21-positives) sans induire davantage d'apoptose. Nous avons également confirmé l'implication de l'activité de la télomérase dans le développement de l'hypertension artérielle pulmonaire expérimentale ainsi que la translocation de la sous unité TERT dans la mitochondrie au cour de l'HTAP.La sénescence cellulaire semble donc être une cible thérapeutique de choix dans le traitement de l'hypertension artérielle pulmonaire. / Pulmonary artery hypertension (PH) occurring as an idiopathic condition or associated with an underlying disease is an unexplained disorder whose sever forms in adults and neonates are fatal and for which no satisfactory treatment is available. PH is characterized by an abnormal increase in pulmonary artery pressure (PAP) greater than 25 mmHg at rest and 30 mmHg during exercise while in a healthy person is between 10 and 15 mmHg. Hyperplasia of pulmonary artery smooth muscle cells (PA-SMCs) is the primary determinant of the pulmonary vessel remodeling process that underlies PH.However, similarities exist between cancer and PH. Indeed, some cellular and metabolic dysfunctions are common to both diseases. Abnormalities are often found in both cancer and proliferative disorders, such as an inactivating mutation in the gene encoding the transcription factor p53, a post-transcriptional p53 inactivation via interaction of the p53 protein with its negative regulator MDM2 (mouse double minute 2), increasing the telomerase activity and translocation of the TERT subunit to mitochondria.A selecting means in therapeutic cancer or other proliferative diseases is the induction of cellular senescence.In our first study, we induced CML-AP senescence by inhibiting the p53-MDM2 interaction using Nutlin-3a, a specific and potent antagonist of the p53-MDM2 binding, to limit its degradation by the proteasome and thus increase its activity. In our second study we induced CML-AP senescence by genetical or pharmacological inhibition of telomerase. Both studies showed that the induction of cellular senescence in PA-SMCs prevents and partially reverses PH in different experimental models, by reducing the number of proliferative CML-AP and increasing the number of (p21-positive) senescent cells without inducing more apoptosis. We also confirmed the involvement of telomerase activity and the translocation of the TERT subunit in the mitochondria during PH development.

Les cellules musculaires lisses de l'artère pulmonaire (PA-PSM) peuvent contribuer à la pathogenèse de l'hypertension pulmonaire (PH) en produisant des facteurs sécrétés.Objectif: explorer le rôle de PH de protéines de la matrice extracellulaire libéré par Les cellules musculaires lisses de l'artère pulmonaire sénescentes (PA-PSM)Méthodes et résultats:L'analyse Microarray de l'ADN de PA-CML humaine subir à la sénescence réplicative révélé une régulation positive de l'ostéopontine, qui médie l'effet stimulateur ,du médium et de la matrice de l'AP-SMC de sénescentes, sur la croissance et de la migration des cellules musculaires lisses de l'artère pulmonaire. Osteopontin était régulé à la hausse dans les poumons de patients atteints de BPCO et de patients hypertension artérielle pulmonaire idiopathique (HAPi). Prominent ostéopontine immunocoloration a été noté dans le PA-SMC qui a également colorée pour p16 dans les sites de l'hypertrophie vasculaireet les niveaux de l'ostéopontine pulmonaire étalaient étroitement corrélée avec l'âge. Comparativement aux jeunes souris avec des souris ont 1 an affiche des niveaux plus élevés d'ostéopontine du poumon, et la pression systolique ventriculaire droite (de RVSP), et la muscularisation vasculaires pulmonaires, et le nombre de PA-CML colorée pour p16 ou p21 et aussi pour l'ostéopontine.Aucun de ces changements avec l'âge étaient observée dans les souris ostéopontine - / -, qui a développé atténués PH pendant l'hypoxie.Comparé de culture PA-CML, les PA-CML de souris ont 1 ans qui proliféraient plus rapide que PA-CML de jeunes souris. Avec un taux de croissance rapide a été observée avec PA-CML de jeunes souris stimulées par matrice ou médium issu de les PA-CML de souris âgées. Différences entre les anciens jeune souris / PA-SMC taux de croissance étaient supprimée par des anticorps anti-ostéopontine.culture de la PA-CML de souris ostéopontine - / - a augmenté de plus lente que fait chez PA-SMC de souris sauvage et ces cellules ont été stimulés par le medium et la matrice de PA-CML de type sauvage et cet effet était plus fort avec PA-CML de souris âgés par apport de souris jeunes.Conclusion: Osteopontin est un médiateur clé libéré par PA-SMC sénescente et contribuer à la progression de la HTAP. / Rationale: Senescent pulmonary artery smooth muscle cells (PA-SMCs) may contribute tothe pathogenesis of pulmonary hypertension (PH) by producing secreted factors.Objective: To explore the role in PH of extracellular matrix proteins released by senescentPA-SMCsMethods and results: Microarray analysis of human PA-SMCs undergoing replicativesenescence revealed osteopontin upregulation, which mediated the stimulatory effect ofsenescent PA-SMC media and matrix on PA-SMC growth and migration. Osteopontin wasupregulated in lungs from patients with COPD or idiopathic pulmonary arterial hypertension(PAH). Prominent osteopontin immunostaining was noted in PA-SMCs that also stained forp16 at sites of vascular hypertrophy, and lung osteopontin levels correlated closely with age.Compared to younger mice, 1-year-old mice displayed higher lung osteopontin levels, rightventricular systolic pressure (RVSP), pulmonary vessel muscularization, and numbers ofPA-SMCs stained for p16 or p21 and also for osteopontin. No such changes with age wereobserved in osteopontin-/- mice, which developed attenuated PH during hypoxia. Comparedto cultured PA-SMCs from young mice, PA-SMCs from 1-year-old mice grew faster; asimilar fast growth rate was seen with PA-SMCs from young mice stimulated by matrix ormedia from old mice. Differences between old/young mouse PA-SMC growth rates weresuppressed by anti-osteopontin antibodies. PA-SMCs from osteopontin-/- mice grew moreslowly than did wild-type PA-SMCs; they were stimulated by wild-type PA-SMCs mediaand matrix, and this effect was stronger with PA-SMCs from older vs. younger mice.Conclusion: Osteopontin is a key mediator released by senescent PA-SMCs andcontributing to PH progression.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) correspond à une augmentation des résistances artérielles pulmonaires, avec dans les formes les plus graves, une défaillance cardiaque droite. L’HTAP persistante du nouveau-né (HTAPP) est estimée à 2/100 naissances en France. L’adaptation cardio-respiratoire à la naissance implique le déclenchement simultané de plusieurs phénomènes non complètements compris. Notre travail avait pour but d’approfondir les connaissances sur la régulation pulmonaire périnatale et d’envisager de nouvelles possibilités thérapeutiques. Ainsi, nous avons mis en évidence in vivo une vasoconstriction pulmonaires chez le fœtus lors du tabagisme passif maternel, par blocage de la voie du NO. De même, nous avons pu montrer l’effet vasoconstricteur de l’apeline sur les artères pulmonaires de fœtus de brebis. Cet effet semble dose dépendant, inhibé par l’action des inhibiteurs calciques. Au contraire nous avons mis en évidence un effet vasodilatateur de la Déhydroépiandrostérone (DHEA). Cette action est médiée par la voie du NO. Parallèlement, nous avons montré que les acides gras poly insaturés ω 3 (AGPIω3) entrainaient une vasodilatation pulmonaire, se prolongeant au delà d’une heure après l’arrêt de la perfusion. Cet effet est médié par l’ouverture des canaux potassiques et indépendant de la voie du NO. Parmi les AGPIω3, nous avons établi que l’acide eicosapentaénoïque (EPA) qui induit cette réponse sans effet délétère sur la circulation systémique, ni l’oxygénation tissulaire. Enfin, nous avons établi que l’occlusion trachéale (OT) anténatale, traitement proposé pour certaine hypoplasie pulmonaire malformative, n’altère pas le débit pulmonaire, en favorisant la dilatation pulmonaire. Mais en cas d’OT prolongée, ces effets sont en partie masqués par les effets mécaniques de la pression intraluminale. Ainsi grâce à ces travaux, nous avons avancé dans la compréhension de l’adaptation de la circulation pulmonaire de la vie intra à la vie extra utérine. Ils permettent aussi de proposer de nouvelles thérapeutiques comme la supplémentation en AGPIω 3 des femmes attendant un enfant à risque d’HTAP, et d’envisager de nouvelles voies de recherche thérapeutique comme la voie de l’apeline. / Persistent pulmonary hypertension (PPH) corresponds to an increase in pulmonary arterial resistance, with in the most severe forms, right heart failure. The persistent pulmonary hypertension of the newborn (PPHN) is estimated at 2/100 births in France. The cardiorespiratory adaptation at birth involves the simultaneous triggering of several phenomena including non completions. Our work aimed to increase knowledge on the regulation of perinatal pulmonary and consider new therapeutic possibilities. Thus, we have demonstrated in vivo pulmonary vasoconstriction in the fetus when maternal passive smoking, by blocking the NO pathway. Similarly, we demonstrated the vasoconstrictor effect of apelin infusion on the pulmonary arteries of fetal sheep. This effect appears dose dependent, inhibited by the action of calcium channel blockers. Instead we have shown a vasodilatory effect of dehydroepiandrosterone (DHEA). This action is mediated by the NO pathway. In parallel, we have shown that polyunsaturated fatty acids ω 3 (AGPIω3) would cause pulmonary vasodilation, extending beyond an hour after stopping the infusion. This effect is mediated by the opening of potassium channels and independent of the NO pathway. Among AGPIω3, we found that eicosapentaenoic acid (EPA) that induces this response without deleterious effect on the systemic circulation or tissue oxygenation. Finally, we established that the antenatal tracheal occlusion (TO), treatment proposed for some malformative pulmonary hypoplasia, does not alter pulmonary blood flow, promoting lung expansion. But in case of prolonged OT, these effects are partly masked by the mechanical effects of intraluminal pressure. And through this work, we have made progress in understanding the adaptation of the pulmonary circulation of the intra to extrauterine life. They also suggest new therapeutic, like supplementation as AGPIω for women expecting a child at risk for PAH, and to consider new possibility of therapeutic research like the way of apelin.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie grave caractérisée par une obstruction progressive des artères pulmonaires de petit calibre, conduisant à une augmentation des résistances vasculaires pulmonaires et, à terme, à une défaillance cardiaque droite et au décès du patient. La vasoconstriction, le remodelage vasculaire et la dysfonction endothéliale pulmonaire sont autant de facteurs qui contribuent au développement et à la progression de la maladie. Plusieurs arguments sont également en faveur d’une hypothèse de désordres immunologiques, voire autoimmuns, dans la physiopathologie de l’HTAP. Malgré ces données, le lien entre endothélium pulmonaire et système immunitaire dans cette maladie restent peu connus. Ce travail de thèse a donc eu pour objectif d’étudier et mieux comprendre la nature et les conséquences d’une communication aberrante entre cellules endothéliales pulmonaires et système immunitaire dans la pathogénèse de l‘HTAP, afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Pour cela, nous avons analysé le rôle de la dysfonction endothéliale dans la régulation de deux processus de la dysfonction immunitaire : l’autoimmunité pour la réponse adaptative d’une part, et la sécrétion de cytokines en ce qui concerne la réponse innée d’autre part. A travers ce travail de thèse, nous avons mis en évidence l’existence d’une communication aberrante entre endothélium pulmonaire et système immunitaire dans l’HTAP et montré que l‘endothélium pulmonaire jouait un rôle primordial dans le contrôle des réponses adaptatives, en régulant la fonction des lymphocytes T régulateurs via la leptine, et dans la participation active à la réponse innée, en acquérant un phénotype pro-inflammatoire. Cette meilleure compréhension du rôle de la dysfonction endothéliale dans la dérégulation du système immunitaire présente dans l’HTAP pourrait aider au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques dans cette maladie. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a severe disease characterized by a progressive obstruction of small pulmonary arteries, leading to an increase in pulmonary vascular resistance and ultimately right heart failure and death. Vasoconstriction, vascular remodeling and pulmonary endothelial dysfunction contribute to the disease development and progression. Increasing evidence are also suggesting the importance of immune disorders, such as autoimmunity, in PAH pathophysiology. Despite these data, the link between pulmonary endothelium and immune system is still unclear. The objective of this work was to investigate and elucidate the nature and the consequences of an aberrant communication between pulmonary endothelial cells and immune system in PAH pathogenesis, in order to identify new therapeutical targets. Therefore, we analyzed the role of endothelial dysfunction in the control of two types of altered immune responses: autoimmunity for the adaptive response and cytokine secretion for the innate response. In this work, we highlighted the existence of an aberrant communication between pulmonary endothelium and immune system in PAH and showed that pulmonary endothelium played a key role in the control of adaptive responses, by regulating regulatory T lymphocyte function in a leptin-dependent manner, and by actively participating to the innate responses through a pro-inflammatory phenotype. A better understanding of the role of endothelial dysfunction in PAH immune system dysregulation may help to the development of new therapeutical strategies for this disease.

L’hypertension artérielle pulmonaire idiopathique (HTAPi) se caractérise par une une augmentation des résistances vasculaire, une augmentation de la PAPm et à long terme une insuffisance ventriculaire droite. La dysfonction endothéliale est l’événement initial de la maladie. Elle résulte d’un déséquilibre de synthèse des molécules vasoactives, d’un défaut de production de facteurs de croissance. Ces perturbations affectent directement le muscle lisse adjacent qui en réponse produit une vasoconstriction et une prolifération excessive. Le muscle lisse possède également ses propres anomalies intrinsèques contribuant à amplifier son phénotype vasoconstrictif et prolifératif. Actuellement, les thérapeutiques de l’HTAP ne permettent pas de corriger le remodelage vasculaire et les données cliniques soulignent leur manque d’efficacité en ce qui concerne la survie des patients. Ces travaux de doctorat ont visé à proposer de nouvelles approches thérapeutiques. Dans cette optique, nous nous sommes intéressés à l’implication de la kinase Src dans la pathogenèse de l’HTAP. Nous avons montré que l’augmentation du niveau de Src dans les CML-AP été associée au développement de l’HTAPi. Aussi, nous avons montré que l’inhibition de Src, avec des molécules spécifiques, prévient la prolifération des CML-AP in vitro et réverse l’HTAP dans un modèle expérimental induit par la monocrotaline. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à l’inhibition des récepteurs adrénergiques dans l’HTAP. Nous avons comparé les effets du nébivolol, un β-bloquant de troisième génération qui possède des propriétés vasodilatatrices, aux effets du métoprolol, un β-bloquant de deuxième génération. Nous avons montré que le nébivolol, contrairement au métoprolol, a des effets positifs sur la dysfonction endothéliale, la relaxation des artères pulmonaires et sur le modèle expérimental de l’HP induite par la monocrotaline. Ainsi au cours de ce doctorat, nous avons caractérisé deux stratégies thérapeutiques différentes qui ont montré toutes deux un potentiel intéressant pour le traitement de l’HTAP. / Idiopathic Pulmonary Arterial Hypertension (iPAH) is characterized by an increased vascular resistance, increase pulmonary artery pressure, and at long term, a right ventricular failure. Endothelial dysfunction is the initial event of this pathology. It is a result of altered vasoactive molecules synthesis, altered growth factors production. These alterations directly affect the neighboring smooth muscle which produces an important vasoconstriction and a significant proliferation. Also, the smooth muscle has its own intrinsic abnormalities that participate in its vasoconstriction and proliferation phenotypes.It is to note that to date, PAH treatment strategies do not improve the vascular remodeling. Moreover, clinical results show no efficiency of these treatments on patient survival. Accordingly, this thesis studies have targeted new and better therapeutic approaches. To this aim, we have fist oriented our research toward the involvement of Src kinase in PAH pathology. We found that increased Src level in the Pulmonary Artery Smooth Muscle Cells (PA-SMC) was associated with PAH development. Also, we have showed that, in vitro, Src inhibition, with specific molecules, prevent PA-SMC proliferation and revert PAH in a monocrotaline-induced experimental model. The second aim of this thesis work was oriented toward beta-adrenergic receptor inhibition in PAH. We have compared the effect of both the nebivolol, which is a third generation of b-blockers that has a vasodilation proterties, and metoprolol, which is a second generation of -blockers. Our results show that, as opposite to metoprolol, nebivolol has positive effects on endothelial dysfunctions, pulmonary artery relaxation, and on monocrotaline-induced PH in rats.Therefore, during this thesis, we have characterized two different therapeutic strategies that both show interesting potential in PAH treatment.

Le terme d’« hypertension artérielle pulmonaire » (HTAP) décrit une maladie vasculaire pulmonaire caractérisée par une augmentation progressive des pressions artérielles pulmonaires (PAP), définie par une PAP moyenne supérieure ou égale à 25 mmHg au repos et dont le principal symptôme est un essoufflement à l’effort. Un remodelage artériel pulmonaire intense conduisant à une obstruction des petits vaisseaux pulmonaires est responsable de la maladie. C’est une maladie rare mais néanmoins grave car pouvant aboutir à une insuffisance ventriculaire droite et entraîner le décès du patient.Le cadre général de notre étude est l’amélioration de la compréhension des mécanismes physiopathologiques de l’HTAP afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement au phénotype « pseudo-tumoral » des cellules musculaires lisses des artères pulmonaires (CML-AP) des patients atteints d’HTAP qui jouent un rôle primordial dans le remodelage vasculaire pulmonaire de l’HTAP et qui présentent des caractéristiques communes avec les cellules cancéreuses, notamment une hyper-prolifération, une résistance à l’apoptose, des désordres métaboliques et une instabilité génomique. Etant donné que la protéine p53, un des plus importants suppresseurs de tumeur, est largement décrite comme inactivée dans la plupart des cancers, nous avons émis l’hypothèse qu’elle pourrait également jouer un rôle important dans le développement de l’HTAP. Les résultats des études in vitro menées sur des CML-AP de patients atteints d'HTAP idiopathiques (HTAPi) versus des sujets contrôles semblent indiquer que la protéine p53 n’est pas altérée dans les CML-AP HTAPi. En effet, la séquence codante du gène TP53 ne présente pas de mutation dans les CML-AP HTAPi, les expressions génique et protéique de p53 (et de certaines de ses protéines cibles) ne semblent pas être différentes entre contrôles et HTAPi, ni à l’état basal ni en réponse à différents stress cellulaires inducteurs de p53 (étoposide et H2O2). Cependant, la régulation de p53 semble altérée puisque nous avons observé une augmentation du taux protéique de MDM2, principal régulateur de p53, dans les CML-AP HTAPi. Ce résultat peut être considéré comme une des caractéristiques « pseudo-tumorales » des CML-AP HTAPi mais également être un élément déterminant du mécanisme d’action de la Nutlin-3a, qui a montré des effets anti-prolifératifs accrus dans les CML-AP HTAPi.Dans des études in vivo menées chez le rat, la protéine p53 semble jouer un rôle dans l’initiation de la pathogénèse d’une HTAP. En effet, les taux protéiques pulmonaires de p53, de sa cible p21 et de son régulateur (mais également cible transcriptionnelle) MDM2 sont diminués lors de la première semaine dans un modèle d’induction d’HTAP par mono-injection de monocrotaline (MCT) chez le rat, au cours duquel la pathologie se développe à partir de la 2ème semaine. De plus, l’administration quotidienne à des rats d’un inhibiteur de l’activité transcriptionnelle de p53, le pifithrin-α (PFT), conduit au développement d’une HTAP en 14 jours, au même titre qu’une mono-injection de MCT, et aggrave l’HTAP induite par la MCT. Des effets pro-prolifératifs et anti-apoptotiques du PFT révélés sur des CML-AP indiquent que l’inhibition de l’activité transcriptionnelle de p53 est à l'origine d'une prolifération exagéree et une résistance à l'apoptose, deux composantes clés dans le remaniement vasculaire pulmonaire et le développement de l'HTAP.En conclusion, ces résultats mettent en évidence l’implication de l’inactivation de la voie de p53 lors de la phase initiatrice du développement de l’HTAP, alors qu’aux stades tardifs et sévères de la maladie, il semble il y avoir une normalisation de p53. En revanche, l’augmentation de l’expression de son principal régulateur MDM2 observée dans les CML-AP de patients HTAP semble être une cible thérapeutique potentiellement intéressante. / Pulmonary artery hypertension (PAH) is a severe pulmonary vascular disease characterized by a progressive increase of the pulmonary arterial pressure (PAP), defined by a mean PAP greater than or equal to 25 mmHg at rest. The main symptom is a shortness of breath. An intense pulmonary arterial remodeling that leads to an obstruction of the small pulmonary vessels is responsible of the disease. PAH is a rare but severe disease that develops into right ventricular cardiac failure leading to the patient's death.The general framework of our study was to improve the understanding of the pathophysiology of PAH in order to identify new potential therapeutic targets and improve the clinical management of patients. In particular, we were interested in the “cancer-like phenotype” of PAH patient pulmonary arterial smooth muscle cells (PA-SMCs). PA-SMCs play a key role in the pulmonary vascular remodeling of PAH. These cells share characteristics with cancerous cells, such as: exaggerated proliferation, apoptosis resistance, metabolic disorders and genomic instability. Owing to the growth-suppressive and pro-apoptotic functions of p53 protein and its inactivation largely described in cancer, we hypothesized that the p53 pathway could also be altered during PAH development in PA-SMCs.The results of in vitro studies on PA-SMCs of late stage patients with idiopathic PAH (iPAH) versus control patients suggest that the p53 protein nor pathway is not altered in iPAH PA-SMCs. Indeed, the coding sequence of the TP53 gene presented no mutations in iPAH PA-SMCs. Analysis of mRNA and protein levels of p53 and its target proteins showed no difference between controls and iPAH PA-SMCs, neither in a basal state or in response to various cellular stresses such as etoposide and H2O2. However, regulation of p53 may be altered in iPAH PA-SMCs as we observed an increase of the MDM2 (the main p53 regulator) protein level compared to control. This last result may be considered as a “cancer-like” characteristic of iPAH PA-SMCs and also be a determining factor in the mechanism of action of Nutlin-3a, which had more important anti-proliferative effects in iPAH PA-SMCs than in control cells.In vivo studies in rats revealed, however, that the p53 pathway may play a role in the initiation stage of PAH pathogenesis. Indeed, kinetics evaluation of p53 lung expression in the PAH model, induced by a single injection of monocrotaline (MCT), revealed a decrease in the p53 protein level during the first week, followed by a normalization by the second week. PAH symptoms are developed in MCT rats after two weeks. Similarly, the protein levels of p21, a p53 target, and MDM2, the major p53 regulator, and also a transcriptional target of p53, decreased during the first week in the MCT-PAH model. In addition, daily treatment in rats with an inhibitor of p53 transcriptional activity, pifithrin-α (PFT), led to the development of PAH in 14 days, similarly to MCT, and worsened the PAH induced by MCT. Pro-apoptotic and anti-proliferative effects of PFT on PA-SMCs indicate that inhibition of p53 transcriptional activity causes an excessive proliferation and an apoptosis resistance, which are two key components of the pulmonary vascular remodeling and development of human and experimental PAH.In conclusion, these results demonstrate the involvement of the p53 pathway inactivation in the initiation stage of PAH development, whereas in late and severe stages of disease, its role seems to be less implicated. In contrast, the increased expression of MDM2 observed in PA-SMCs of PAH patients may be a potential therapeutic target.

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