Doctor of Philosophy / Department of Anatomy and Physiology / David C. Poole / The components of the O2 transport pathway can be divided into (along with their respective circulations) the pulmonary, cardiovascular, and skeletal muscle systems. They must operate in tight conjunction with one another, especially during dynamic exercise, to sustain ATP production within muscle mitochondria. Any limitation placed on the O2 transport pathway will result in decreased performance. The purpose of this dissertation is to present four novel studies which examine specific limitations on (1) the pulmonary system (i.e. lungs and circulation) within the highly athletic Thoroughbred horse (Studies A & B), and (2) within the peripheral circulation (i.e. microcirculation) within a disease model of Type II diabetes, the Goto-Kakizaki (GK) rat (Studies C & D). Study A demonstrates that locomotory respiratory coupling (LRC) is not requisite for the horse to achieve maximal minute ventilation (VE) during galloping exercise because VE remains at the peak exercising levels over the first ~13 s of trotting recovery (VE at end exercise: 1391±88; VE at 13 s: 1330±112 L/sec; P > 0.05). The horse also experiences exercise-induced pulmonary hemorrhage (EIPH) which has been linked mechanistically to increased pulmonary artery pressure (Ppa) during high intensity exercise. Therefore, in Study B, we hypothesized that endothelin-1 (ET-1), a powerful vasoconstricting hormone, would play a role in the augmented Ppa and therefore, EIPH. However, contrary to our hypothesis, an ET-1 receptor antagonist did not decrease Ppa nor prevent or reduce EIPH. Studies C and D examine potential mechanisms behind the exercise intolerance observed in humans with Type II diabetes. Utilizing phosphorescence quenching techniques (Study C) within the GK spinotrapezius muscle, we found lowered microvascular PO2 (PO2mv; Control: 28.8±2.0; GK: 18.4±1.8 mmHg; P<0.05) at rest and a PO2mv “undershoot” during muscle contractions. After conducting intravital microscopy within the same muscle (Study D), we discovered the percentage of RBC-perfused capillaries was decreased (Control: 93±3; GK: 66±5 %; P<0.05) and all three major hemodynamic variables (i.e. RBC velocity, flux, and capillary tube hematocrit) were significantly attenuated. Both studies (C & D) indicate that there is reduced O2 availability (via decreased O2 delivery; i.e. ↓QO2/VO2) within Type II diabetic muscle.

Novartis a subventionné ce projet de recherche / La sclérose tubéreuse de Bourneville (STB) est une affection caractérisée par la formation de tumeurs bénignes dans différents organes dont le cœur. Elle est due à la désinhibition de la cible mammalienne de la rapamycine (mTOR). Ces tumeurs encore appelées rhabdomyomes (RHM) au niveau cardiaque régressent spontanément dans la plupart des cas mais peuvent se compliquer d’arythmie ou d’obstruction ce qui peut compromettre le débit cardiaque et nécessiter un traitement. Les objectifs généraux de ce travail étaient d’étudier les perturbations des paramètres fonctionnels cardiaques et d’analyser la variabilité de la fréquece cardiaque chez une population porteuse de rhabdomyomes cardiaques dans la sclérose tubéreuse de Bourneville. Méthodes : Nous avons mené cette étude transversale entre février 2013 et mars 2015 afin de déterminer l'impact de la RHM sur le système de conduction cardiaque, sur l'homéostasie nerveuse autonome et sur le fonctionnement du coeur. Trente sujets avec TSC ont été recrutés pour participer à cette étude et ils ont été comparés à 13 contrôles sains qui étaient des membres de la famille libres de RHM. Les séries d’échocardiogrammes qui ont été précédemment enregistrées ont servi à documenter la taille de la tumeur au cours de la petite enfance. Un enregistrement Holter de 24 heures a été effectué pour la détection éventuelle d'arythmies et l'analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC). Nous avons aussi rapporté quatre cas de régression de gros rhabdomyomes obstructifs chez des nouveaux nés sous everolimus par rapport à dix contrôles historiques non traités de notre centre. Résultats : La durée moyenne du suivi était de 4.5 ans. La prévalence des RHM était de 46.8% (37 RHM) entre 0-5 ans, 13.9% (11 RHM) entre 6-11 ans et 39.2% (31 RHM) entre 12- 33 ans. Dans 20% des cas, les RHM étaient responsables d’obstacles à l’éjection ou au remplissage du cœur. Les troubles du rythme retrouvés étaient de bénignes extrasystoles ventriculaires (55%) et des extrasystoles supraventriculaires (50%), Ces extrasystoles étaient plus fréquentes chez ces patients comparés à la population générale. Des arythmies significatives étaient notées chez 3 patients (30%) porteurs de large RHM: l’un présentait une tachycardie supraventriculaire sur syndrome de Wolff Parkinson White, l’autre une fibrillation auriculaire et le dernier des tachycardies supraventriculaires paroxystiques. Dans ii cette étude, nous avons aussi noté une augmentation de la variabilité de la fréquence cardiaque chez les cas dans les domaines et temporels spatial. En analyse régression linéaire on note une inversion de la pente de la courbe de variabilité de la fréquence cardiaque selon l'âge comparée à celle des témoins sains. Chez quatre patients pour qui les RHM obstructifs étaient traités par everolimus, la régression était en moyenne 11.8 fois plus rapide (droite de régression linéaire -0.0285 vs. -0.0024; p<0.001). La durée moyenne de régression de 50% de la taille des masses était de 1.13 ± 0.33 mois (extrêmes 0.66 à 1.4 mois) pour les patients traités par everolimus comparée à 72.9 ± 53.03 mois dans le groupe contrôle historique (p = 0.026). Aucun effet secondaire significatif n’a été observé. Conclusion: Dans cette série les arythmies cardiaques sont plus fréquentes chez les porteurs de sclérose tubéreuse de Bourneville comparés à la population générale avec une tendance plus importante chez les cas avec de gros rhabdomyomes. Pour ces derniers, l’everolimus est efficace pour la réduction de leur taille durant la période néonatale. Mais avec le peu de données de sécurité et d’innocuité disponibles cette approche thérapeutique ne doit être considérée que pour un nombre de cas limités. / Background: Tuberous Sclerosis Complex is caracterised by the formation of benign tumors in various organs, including the heart. It is caused by the disinhibition of the mammalian target of rapamycin (mTOR) protein. RHM (rhabdomyomas) regress spontaneously in most cases but can be complicated by serious arrhythmias or obstruction that may compromise cardiac output requiring treatement. The main objectives of this work were to study functional and electrical cardiac desorders and to analyze the heart rate variability in population of TSC with cardiac rhabdomyoma. Methods: We conducted this cross-sectional study between February 2013 and March 2015 to determine the impact of HMR on the cardiac conduction system and on autonomic nervous homeostasis. Thirty subjects with TSC were recruited to participate in this study and compared to 13 healthy controls that were free family members of RHM. The serial echocardiograms that were previously recorded were used to document the size of the tumor during early childhood. A 24-hour Holter record was performed for possible arrhythmia detection and heart rate variability (VFC) analysis. Results: The median follow-up time was 4.5 years. The prevalence of RHM was 46.8% (37 RHM) between 0-5 years, 39.2% (31 RHM) between 12-33 years and 13.9% (11 RHM) between 6-11 years. RHM causes in 20% an obstacle to inflow or outflow tract. The encountered benign arrhythmias founded were isolated ventricular premature beats (55%) and supraventricular premature beats (50%), which were 2 times fold and 4 times fold more compared to reported prevalence in the general pediatric population, respectively (p<0.05). Significant arrhythmias were noted in 3 (30%) patients with large RHM: one patient with Wolff Parkinson White syndrome had supraventricular tachycardia, one with atrial fibrillation, a third patient had symptomatic paroxysmal supraventricular tachycardia. There was a trend which did not reach statistical significance difference in the prevalence of cardiac arrhythmias between cases with small versus large RHM (p=0.07). In this study heart rate variability was increased in patients with TSC according to time, frequency and non-linear domains. For this heart rate variabity TSC patients with RHM showed an inversed relationship towards age compared to controls, Studies from four everolimus treated cases were compared to 10 controls. Compared to historic controls, everolimus treated patients had a RHM size regression rate 11.8 times faster (linear regression slope -0.0285 vs. -0.0024; p<0.001). The average time to 50% size reduction was 1.13 ± 0.33 month (range 0.66 to 1.4 months) for everolimus treated patients compared to 72.9 ± 53.03 months in the historic controls (p = 0.026). No significant side effect were observed. Conclusion: In this series, arrhythmia was more prevalent in TSC compared to general pediatric population, with a trend towards higher prevalence in cases with larger RHM. Everolimus is effective for size reduction of RHM during the neonatal period. With limited safety data this approach should be used with caution, only in selective cases.

Master of Science / Department of Clinical Sciences / Daniel U. Thomson / Bovine respiratory disease complex (BRDC) is the most common, and costly, disease in feed yard cattle. A review of the literature shows a correlation between the diagnosis of BRDC ante-mortem and respiratory lesions at slaughter. The objectives of the studies reported here were to: 1) validate a thoracic auscultation scoring system by correlating ante-mortem lung sounds with post-mortem lung lesions and 2) evaluate thoracic auscultation and rectal temperature as diagnostic tools to predict case outcome in the feeder cattle treated for BRDC. First, a prospective cohort study involving thirty four head of cattle that had been realized from commercial cattle feeding operations were used to validate the use of a lung auscultation scoring system to identify cattle suffering from BRDC. Ante-mortem auscultation scores were compared to post-mortem lung lesions evaluated using a previously described scoring system. There was a positive correlation (P < .0001) between ante-mortem lung auscultation scores and post-mortem lung lesion scores in the population of feeder cattle that were tested. Subsequently, a retrospective cohort study was conducted using data obtained from three commercial feed yards. Cattle enrolled in the study (n = 4,341 head) were treated for BRDC between January 2007 to October 2007 by trained feed yard personnel. Data recorded included animal identification, rectal temperature, lung score, and antibiotic therapy at first treatment. Treatment outcome data were recorded by feed yard personnel utilizing an animal health computer. The outcome data tracked for this study included subsequent BRDC treatment or death of the animal. Our findings indicated that as lung auscultation score (P < .0001) or rectal temperature (P < .0001) increased there was an increased risk for cattle to require a second BRDC treatment. Also, we observed an increased risk for death loss in cattle with higher lung auscultation scores (P < .0001) or higher rectal temperature (P < .0001) at the time of treatment for BRDC. We have demonstrated that lung auscultation score and rectal temperature can be used as tools to predict treatment outcome in cattle treated for BRDC. Future research with these tools could be used to develop more precise therapeutic protocols for BRDC in feeder cattle.

Une augmentation de la concentration de l’angiotensine II (Ang II) contribue à la prolifération, la migration et l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) par l’activation des voies des mitogen-activated protein kinases (MAPK) et de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/protéine kinase B (PKB/Akt). L’Ang II induit l’activation du facteur de transcription early growth response protein-1 (Egr-1) et sa suractivation est remarquée dans les lésions athérosclérotiques et les modèles animaux de lésions vasculaires. La régulation des facteurs de transcription est effectuée par des histones désacétylases (HDACs) qui désacétylent les lysines des histones et protéines non-histones. L’Ang II induit la phosphorylation et l’export nucléaire de la classe IIa des HDACs, particulièrement les HDAC5, et une augmentation de celles-ci est observée dans les maladies vasculaires. L’Ang II est un puissant activateur des voies des MAPK et de la PI3K/Akt, toutefois l’implication de ces voies dans la phosphorylation des HDAC5 et l’expression de l’Egr-1 dans les CMLVs reste inexplorée. Dans cette étude, l’Ang II a induit la phosphorylation des HDAC5 sur la sérine 498 dans les A10 CMLVs. Un blocage pharmacologique de l’extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) par U0126 n’a montré aucun effet significatif sur la phosphorylation et l’exclusion nucléaire des HDAC5 induite par l’Ang II. Par contre, l’inhibition de la voie PI3K par wortmannin, de l’Akt par SC66 ou le knockdown de l’Akt par des petits ARN interférents (siRNA) a atténué la phosphorylation et l’export nucléaire des HDAC5 induits par l’Ang II. Par ailleurs, l’inhibition de l’Akt ou le knockdown de cette kinase a diminué l’expression de l’Egr-1 induite dans les CMLVs stimulées par l’Ang II. L’inhibition des HDACs de la classe IIa par MC1568 ou TMP-195 ou bien le knockdown des HDAC5 a diminué l’expression de l’Egr-1 induite par l’Ang II. De plus, le blocage de l’export nucléaire des HDAC5 par la leptomycine B ou la KPT-330 a empêché la localisation cytoplasmique des HDAC5 et a atténué l’expression de l’Egr-1 en réponse à une stimulation de l’Ang II. L’hypertrophie vasculaire induite par l’Ang II a pu être inhibée par la suppression de l’HDAC5 et l’Egr-1. En conclusion, l’Ang II induit la phosphorylation et l’exclusion nucléaire des HDAC5 par la voie PI3K/Akt et non celle de ERK1/2; de plus, l’Ang II induit l’expression de l’Egr-1 à l’aide des HDAC5 via la voie Akt contribuant ainsi à l’hypertrophie des CMLVs. / Elevated concentration of angiotensin II (Ang II) contributes to vascular smooth muscle cells (VSMCs) proliferation, migration and hypertrophy by the activation of the mitogen-activated protein kinases (MAPK) and phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/protein kinase B (PKB/Akt) pathways. Ang II induced the expression of early growth response protein-1 (Egr-1), which is a transcription factor that is upregulated in atherosclerosis lesions and in animal models of vascular injuries. The activation or derepression of gene transcription is mediated by histone deacetylases (HDACs), which deacetylate lysine residues from histone and non-histones proteins. Ang II-induced the phosphorylation and nuclear export of class IIa HDACs, notably HDAC5, and its elevated activation is observed in vascular pathologies. Ang II is a potent activator of the MAPK and PI3K/Akt pathways, however their implication in the phosphorylation of HDAC5 and Egr-1 expression in VSMCs remain unexplored. In this study, Ang II-induced HDAC5 phosphorylation at serine 498 in A10 VSMCs and pharmacological blockade of the extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) by U0126 did not affect the phosphorylation and nuclear exclusion of HDAC5 in response to Ang II. Whereas, pharmacological inhibition of the PI3K by wortmannin, Akt by SC66 or small interfering RNA (siRNA)-induced silencing of Akt attenuated Ang II-induced HDAC5 phosphorylation and its nuclear export. Furthermore, inhibition or knockdown of Akt suppressed Ang II-induced Egr-1 expression. In addition, the inhibition of class IIa HDAC5 by MC1568, TMP-195 or HDAC5 knockdown by siRNA reduced Ang II-induced Egr-1 expression. The blockade of the nuclear export of HDAC5 by leptomycin B or KPT-330 prevented the cytoplasmic localization of HDAC5 and attenuated the expression of Egr-1 by Ang II in VSMCs. Moreover, HDAC5 or Egr-1 depletion prevented Ang II-induced cell hypertrophy. In summary, Ang II-induced HDAC5 phosphorylation and its nuclear export is mediated by the PI3K/Akt and not the ERK1/2 pathway, in addition, Ang II-induced Egr-1 expression involves the implication of HDAC5 via the Akt pathway which subsequently leads to VSMC hypertrophy.

Le glaucome, comme beaucoup d’autres maladies neurodégénératives, entraîne la mort des neurones et reste à ce jour incurable, représentant de ce fait un véritable fardeau pour la société. Il y a donc un réel besoin de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques afin de ralentir la progression, voire de guérir les maladies neurologiques. Depuis des décennies, les chercheurs qui étudient les blessures ainsi que les maladies qui affectent le système nerveux central (SNC) ont focalisé leur attention sur la compréhension des mécanismes impliqués dans la dégénérescence axonale afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour la protection et la régénération des axones. Mais des données récentes indiquent que des déficits dendritiques constituent une caractéristique précoce de la neurodégénérescence, un phénomène maintenant appelé la pathologie dendritique et qui jouerait un rôle prépondérant dans la pathogénèse des maladies neurodégénératives comme le glaucome. Parce que les dendrites représentent des structures essentielles pour la communication et la fonction neuronale, il est donc crucial de protéger et de restaurer non seulement les axones mais aussi les dendrites des neurones encore vivants afin d’améliorer la condition des patients. Malgré cela, la capacité des neurones à régénérer leurs arbres dendritiques reste encore largement inconnue. L’hypothèse centrale de cette thèse propose que : 1) les neurones du SNC peuvent faire repousser leurs dendrites après une blessure axonale, et 2) l’identification des voies de signalisation impliquées pourrait offrir de nouvelles possibilités thérapeutiques permettant de ralentir, voire de prévenir la dégénérescence des neurones rétiniens lors de pathologies oculaires telles que le glaucome. Dans la première partie de cette thèse, nous avons démontré que les neurones des mammifères sont pourvus d’une capacité à restaurer leur arbre dendritique et leurs connectivités synaptiques. Grâce à l’utilisation de souris transgénique soumis à une transsection du nerf optique (axotomie), nous avons montrés que les cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) subissent rapidement un rétrécissement dendritique, bien avant que les dommages axonaux ou la perte des soma ne soient visibles. Nous avons également démontré que l’administration quotidienne d’insuline, par voie topique (gouttes oculaires) ou systémique (injection intrapéritonéale) après la rétraction des dendrites mais avant la mort neuronale induit une régénération robuste des dendrites ainsi qu’une restauration des connections avec les cibles présynaptiques. De plus, cette régénération des arbres dendritiques suite au traitement d’insuline permet d’étendre la survie neuronale et de restaurer la réponse rétinienne à la lumière. Des expériences de perte de fonction ciblée via l’utilisation de petits ARN interférents ont révélé que la régénération induite par l’insuline requiert l’activité des deux complexes de la voie mTOR, mTORC1 et mTORC2. Ces derniers agissent de manière synergique, mTORC1 régulant l’apparition de nouvelles branches dendritiques pour restaurer la complexité des arbres alors que mTORC2 stimule l’élongation des dendrites. Dans la deuxième étude présentée dans cette thèse, nous avons montré pour la première fois que morgana, une protéine chaperonne en aval de mTORC2, est exprimée par les CGRs et que son expression est sévèrement inhibée rapidement après une blessure axonale. Nous avons également démontré que morgana est nécessaire au succès de la régénération ainsi que de la neuroprotection induite par le traitement d’insuline. De plus, nous avons montré que le rétablissement de l’expression de morgana spécifiquement dans les CGRs via l’utilisation d’un vecteur viral (AAV) mène à une régénération robuste non seulement de leurs dendrites mais aussi de leurs synapses. Ainsi, nous avons identifié un nouveau rôle pour la protéine morgana dans la régulation de la morphologie des arbres dendritiques des neurones adultes chez les mammifères. En conclusions, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques impliqués dans la pathologie dendritique des CGRs et identifient des cibles prometteuses pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le cadre des maladies neurodégénératives telles que le glaucome. / Glaucoma, just as many other neurodegenerative diseases, triggers neuronal death and remained incurable, hence representing a heavy burden for the society. Therefore, there is a critical need for developing new therapeutic strategies to delay the progression of and, ultimately, cure neurological conditions. For decades, neuroscientists studying injuries and diseases of the CNS have largely focused on understanding the mechanisms of axon degeneration to identify new targets for axonal protection and regeneration. But recent data indicates that dendritic deficits represent an early feature of neurodegeneration, a phenomenon now called dendritic pathology and playing a key role in the pathogenesis of neurodegenerative diseases including glaucoma. Because dendrites are essential structures for neuronal communication and function, it is therefore crucial to protect or restore connectivity as well as axons of surviving neurons to improve patients’ condition. In spite of this, the ability of injured neurons to regenerate dendrites remains largely ignored. The central hypothesis of the thesis is that: i) adult CNS neurons can regrow their dendrites after axonal injury, and ii) the identification of underlying signalling pathways would offer new therapeutic avenues to slow or prevent retinal ganglion cell death during ocular neuropathies such as glaucoma. In the first part of my thesis, I demonstrated that mammalian neurons are endowed with the ability to restore their dendritic arbor and synaptic connectivity. Using adult transgenic mice subjected to optic nerve axotomy, we have shown that retinal ganglion cells (RGCs) rapidly undergo dendritic shrinkage before cell death or axonal damage become visible. We also demonstrated that daily insulin, administered topically (eye drops) or systemically (intraperitoneal) after dendritic arbour shrinkage and prior to neuronal loss results in a robust regeneration of dendrites and successful reconnection with presynaptic targets. Moreover, insulin-mediated restoration of dendritic arbors extended neuronal survival and rescued lighttriggered retinal responses. Targeted loss-of-function experiments using siRNAs revealed that insulin-dependent regeneration requires both the activity of both mTOR complexes, mTORC1 and mTORC2 which act synergistically, mTORC1 promoting new dendritic branching to restore arbor complexity, while mTORC2 drives dendritic process elongation. In the second study presented in my thesis, we showed for the first time that morgana, a chaperone protein downstream of mTORC2, is expressed by RGCs and severely downregulated soon after axonal injury. We also demonstrate that morgana is required for successful insulinmediated regeneration of RGC dendrites and neuroprotection. Morgana specific knockdown using siRNA designed against morgana resulted in substantial alterations of dendrite elongation, without changes in arbor complexity. Further, we showed that AAV-mediated rescue of morgana expression selectively in RGCs promoted striking regeneration of dendrites and synapses. Hence, our findings identified a new role for morgana in the regulation of dendritic arbor morphology in adult mammalian neurons Collectively, the findings presented in this thesis contribute to a better understanding of the pathological mechanisms underlying RGC dendritic pathology and identified promising targets for the development of novel neuroprotective treatments for neurodegenerative diseases such as glaucoma.

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L’insuffisance cardiaque est une pathologie provoquant une diminution importante des capacités fonctionnelles des patients ainsi qu’une diminution drastique de la qualité de vie. L’évaluation des capacités fonctionnelles est généralement effectuée par une épreuve d’effort maximal. Cependant pour plusieurs patients, cet effort est difficile à compléter. Les objectifs de l’étude présentée dans ce mémoire sont : (1) valider trois méthodes d’évaluation de la capacité fonctionnelle et aérobie des sujets souffrant d’insuffisance cardiaque avec un complexe QRS élargi; (2) chercher à établir le profil des patients démontrant une meilleure tolérance à l’exercice malgré une consommation maximale d’oxygène identique; et (3) démontrer les conséquences de la présence et de la magnitude de l’asynchronisme cardiaque dans la capacité fonctionnelle et la tolérance à l’exercice. Tous les sujets ont été soumis à un test de marche de six minutes, un test d’endurance à charge constante sur tapis roulant et à une épreuve d’effort maximal avec mesure d’échanges gazeux à la bouche. Les résultats ont montré une association significative entre les épreuves maximale et plus spécifiquement sous-maximale. De plus, une meilleure tolérance à l’exercice serait associée significativement à une plus grande masse du ventricule gauche. Finalement, les résultats de notre étude n’ont pas montré d’effet d’un asynchronisme cardiaque sur la performance à l’effort tel qu’évalué par nos protocoles. / Heart failure is a pathology that significantly decreases functional capacity and life quality. Maximal cardiopulmonary exercise testing is usually used to evaluate the functional capacity. However, the intensity of this test is very high and difficult to complete for some patients. The objectives of the study presented in this master are: (1) to validate three different protocols that evaluate functional and aerobic capacity for patients with congestive heart failure and presenting a large QRS complex; (2) to establish the characteristics of the patients that demonstrate a better exercise tolerance despite an identical aerobic capacity; (3) to identify the consequences of the presence and the magnitude of cardiac asynchrony on the exercise tolerance and the functional capacity. All patients underwent a six minute walk test, an endurance exercise test on treadmill and also a maximal cardiopulmonary test. The results show a significant association between all tests, more importantly between submaximal tests. Also, patients with better exercise tolerance demonstrate a left ventricular mass increased compared to low exercise tolerance patients. Finally, there is no significant effect of cardiac asynchrony on exercise tolerance examined by our protocols.

La douleur articulaire associée à l’arthrose est un problème clinique majeur, spécialement chez les personnes âgées. L’intensité de la douleur est souvent amplifiée lors de mouvement de l’articulation et principalement lors du soutien de la charge corporelle sur le membre lésé. Malheureusement, les traitements pharmacologiques proposés sont trop souvent associés à des effets secondaires néfastes et à une inefficacité pour le soulagement de la douleur à long terme. Divers modèles murins sont utilisés en laboratoire de recherche pour des études précliniques de molécules aux propriétés analgésiques. Une évaluation comparative de la réponse comportementale douloureuse des animaux d’un modèle d’instabilité articulaire induit par le sectionnement du ligament croisé antérieur accompagné d’une méniscectomie partielle (le modèle ACLT+pMMx) et d’un modèle de dégénérescence articulaire induite par le monoiodoacetate (le modèle MIA) a permis de sélectionner un modèle approprié pour la continuité du projet. Les deux modèles ont démontré des lésions tissulaires, mais le modèle MIA a démontré une réponse douloureuse plus prononcée que le modèle ACLT+pMMx. Par l’analyse de la démarche, le modèle MIA a démontré une boiterie claire dans le patron de la démarche des animaux qui est associée à une lésion unilatérale. Le modèle MIA a donc été choisi pour la suite du projet. La problématique principale dans la recherche sur la douleur associée à l’arthrose est une compréhension incomplète des mécanismes de douleur responsables de l’induction et du maintien de l’état de douleur. Il devient donc nécessaire d’améliorer nos connaissances de ces mécanismes en effectuant une caractérisation plus approfondie des modèles animaux employés pour l’évaluation de stratégies pharmacologiques analgésiantes. Afin de bien comprendre le modèle MIA, une caractérisation des événements moléculaires centraux lors de la progression du processus dégénératif des structures articulaires de ce modèle s’est effectuée aux jours 3, 7, 14, 21 et 28 post injection. Des mécanismes hétérogènes qui modulent l’information nociceptive en fonction de la progression temporelle de la pathologie ont été observés. Les changements du contenu i spinal des neuropeptides sélectionnés (substance P, CGRP, dynorphine A et Big dynorphine) ont débuté sept jours suivant l’injection de MIA. L’observation histologique a démontré que les dommages structuraux les plus importants surviennent entre les jours 14 et 21. C’est entre les jours 7 et 21 que les lésions démontrent le plus de similarités à la pathologie humaine. Cela suggère que lors d’une évaluation préclinique d’un traitement pharmacologique pour pallier la douleur articulaire utilisant le modèle MIA, l’étude doit tenir compte de ces événements afin de maximiser l’évaluation de son efficacité. Puisque les traitements pharmacologiques conventionnels proposés pour le soulagement de la douleur ne font pas l’unanimité en terme d’efficacité, d’effets non désirés et de coûts monétaires parfois onéreux, les molécules de dérivés de plante deviennent une alternative intéressante. L’eugénol, le principal constituant de l’huile de clou de girofle, a été administré oralement pour une période de 28 jours chez des rats ayant reçu l’injection intra-articulaire de MIA afin d’évaluer son efficacité pour le traitement de la douleur articulaire. L’eugénol à une dose de 40 mg/kg s’est révélé efficace pour l’amélioration du patron de la démarche des animaux ainsi que pour la diminution de l’allodynie mécanique secondaire. De plus, les concentrations spinales de neuropeptides pronocicepteurs ont diminué chez les animaux traités. Par une évaluation histopathologique, l’eugénol n’a démontré aucune évidence d’effets toxiques suite à une administration per os quotidienne pour une période prolongée. Ces résultats suggèrent le potentiel thérapeutique complémentaire de la molécule d’eugénol pour le traitement de la douleur articulaire. / Pain is the most predominant clinical symptom associated with osteoarthritis (OA), mostly among older people. Joint movement and weight bearing often increase the pain intensity. Unfortunately, the proposed pharmacological treatments are frequently associated with side effects and ineffective for pain alleviation for long time periods. Many murine models are used in laboratories for preclinical studies evaluating analgesic compounds. A comparative evaluation of the behavioral pain responses of animals with a joint instability model induced by the transection of the anterior cruciate ligament followed by a partial menisectomy (the ACLT+pMMx model) and of an articular degenerative model induced by an intra-articular injection of monoiodoacetate (the MIA model) was conducted to select an appropriate model for the continuation of the project. Both models demonstrated articular lésions, however the MIA model demonstrated a clearer behavioral pain response over the ACLT+pMMx model. The gait pattern of the MIA model revealed a clear limping gait similar to that observed with unilateral OA in humans. The MIA model was chosen for the subsequent studies. An unresolved issue in pain OA research is the lack of understanding of the pain mechanisms responsible for the induction and maintenance of the pain. Therefore, there is an urgent clinical need to improve the characterization of animal models to effectively discover novel pain relief pharmacological treatment stratégies for OA patients. A characterization of the spinal pain molecular events during the progression of the joint degenerative process in the MIA model was performed on days 3, 7, 14, 21 and 28 post injection. Heterogeneous nociceptive central molecular events were observed in respect to the time course of the pathology’s progression. Changes in selected spinal neuropeptide content (substance P, CGRP, dynorphin A, Big dynorphin) began 7 days following the MIA injection. Most severe joint structural damage on histology occured between days 14 and 21 post injection. These results suggest that preclinical drug evaluation employing this model should be conducted between 7 and 21 days post injection when the lesions resemble most those of human OA. iii As current pharmacological therapy for the alleviation of joint pain does not achieve the unanimity in respect to efficacy, side effects and cost, plant derivate compounds are now interesting alternatives to improve the situation. Eugenol, the main constituent of clove oil, was evaluated for its efficacy for alleviation of joint pain in rats who previously received an intra-articular injection of mono-iodoacetate to induce the MIA model. Eugenol, administered orally for 28 consecutive days at a dose of 40 mg/kg, improved gait pattern and reduced secondary mechanical allodynia. Furthermore, spinal concentrations of pronociceptive neuropeptides were also decreased in the treated animals. No toxic effects of the compoud were identified on histopathological assessment of the various tissues. These results suggest that eugenol could be a potential therapeutic option for alleviating OA joint pain.

Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) est caractérisé par des dommages au niveau de la barrière alvéolo-capillaire, résultant en la formation d’un œdème pulmonaire et une réponse inflammatoire exacerbée. Sans résolution rapide de ces paramètres, le syndrome progresse vers le développement de fibrose menant à l’insuffisance respiratoire. Or, il a été établi que la réparation de l’épithélium alvéolaire est une étape cruciale pour la résolution du SDRA. Une meilleure compréhension des mécanismes de réparation de l’épithélium alvéolaire est donc nécessaire afin de proposer de nouvelles thérapies pour le SDRA, pour lequel aucun traitement efficace n’existe. Il a été montré que les mécanismes de réparation sont régulés par des protéines membranaires, non seulement par les récepteurs aux facteurs de croissance et les intégrines, mais également par les canaux ioniques, en particulier les canaux potassiques. L’objectif principal de cette étude était donc de caractériser l’impact de la modulation des canaux potassiques KCa3.1 et KvLQT1 dans la résolution du SDRA. Dans un premier temps, nos résultats ont montré le rôle coopératif du canal potassique KCa3.1, de la matrice extracellulaire et de l’intégrine-β1 dans les processus de réparation de l’épithélium alvéolaire in vitro. Nous avons montré que la matrice de fibronectine et le KCa3.1 étaient impliqués dans la migration et dans la réparation de monocouches de cellules alvéolaires de cultures primaires de rat. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l’impact de la modulation du canal potassique KvLQT1 dans certains aspects physiopathologiques du SDRA à l’aide de modèles in vivo. Nous avons montré que KvLQT1 n’était pas seulement impliqué dans les mécanismes de réparation de l’épithélium alvéolaire, mais également dans la résorption de l’œdème pulmonaire et la résolution de la réponse inflammatoire. Nos résultats démontrent que les canaux potassiques, tels que KCa3.1 et KvLQT1, pourraient être identifiés en tant que cibles thérapeutiques potentielles pour le SDRA. / Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is characterized by alveolar-capillary barrier damage, resulting in the formation of pulmonary oedema and an exacerbated inflammatory response. Without rapid recovery of these parameters, there is a gradual development of fibrosis, leading to respiratory failure. It has been established that alveolar regeneration is a critical step for the resolution of ARDS. A better understanding of alveolar epithelial repair mechanisms is hence necessary to identify new therapies for ARDS, for which no effective treatment exist. It has been shown that repair mechanisms are regulated by membrane proteins, not only by growth factor receptors and integrins, but also by ion channels, in particular potassium channels. Therefore, the main objective of this study was to characterize the impact of KCa3.1 and KvLQT1 potassium channels modulation in the resolution of ARDS. First, our results have shown the cooperative role of the potassium channel KCa3.1, the extracellular matrix and the β1-integrin in alveolar epithelial repair processes in vitro. We have shown that the fibronectin matrix and KCa3.1 are involved in the migration and repair of primary cultures of rat alveolar cell monolayers. Our data also revealed a putative relationship between Kca3.1 and the β1-integrin. Second, we studied the impact of KvLQT1 potassium channel modulation on ARDS pathophysiological aspects with in vivo models. We showed that KvLQT1 was not only involved in alveolar epithelial repair, but also in the resolution of pulmonary oedema and inflammatory response. Taken together, our data demonstrate that potassium channels, such as KCa3.1 and KvLQT1, may be identified as potential therapeutic targets for the resolution of ARDS.

La suffocation est une forme d’asphyxie dans laquelle l’oxygène ne peut atteindre le sang. Il existe divers types de suffocation dont la suffocation par confinement/ environnementale, les étouffements externe et interne, et les asphyxies traumatique/ positionnelle. La littérature scientifique sur la suffocation est relativement pauvre, étant principalement constituée de revues de cas et de quelques séries de cas limités à un contexte particulier de suffocation. Dans le contexte actuel d’une médecine basée sur les preuves, les ouvrages de médecine légale n’ont guère d’études pour appuyer leurs enseignements, tirés essentiellement de l’expérience personnelle de générations de médecins légistes. Le présent projet vise à palier ce manque de données sur la suffocation, un type de décès pourtant important en pratique médico-légale. Il s’agit d’une étude rétrospective de six ans portant sur tous les cas de suffocation non-chimique ayant été autopsiés au Laboratoire de sciences judiciaires et de médecine légale. À notre connaissance, cette étude est la première à établir le portrait systématique des morts par suffocation non-chimique en milieu médico-légal. Elle permet, entre autres, de confirmer les modes de décès usuels par catégorie de suffocation, le type de victime et les contextes courants. Généralement, les résultats concordent avec la littérature, appuyant ainsi le savoir commun des pathologistes sur la suffocation non-chimique. Toutefois, certaines dissimilitudes ont été notées quant aux modes de décès lors de l’étouffement externe. Par ailleurs, les questions reliées à la classification des asphyxies et aux définitions souvent contradictoires sont discutées. En un effort de normalisation, ce projet souligne les divergences retrouvées dans les classifications usuelles et tente d’en dégager les définitions courantes afin de proposer un modèle de classification unifié. / Suffocation is a general term that encompasses several forms of asphyxia generated by a deprivation of oxygen. It includes different subtypes such as environmental suffocation/ entrapment, choking, smothering and traumatic/ positional asphyxia. In the forensic literature, suffocation has been the object of several papers, but mainly case reports or cases series. Studies of subsets of suffocation deaths, limited to a specific scenery or category, have also been reported, such as suffocation in motor vehicle collisions. Nonetheless, there are still several areas of forensic pathology mainly based on tradition, with textbook explaining and describing common knowledge that is not supported by modern research data: suffocation makes no exception. The present project is intended to contribute to evidence-based data on non-chemical suffocation deaths. It comprises a 6-year retrospective study of all non-chemical suffocation cases in the forensic victim population of Quebec. As far as we know, this is the first paper to ever portray a systematic study of non-chemical suffocation deaths in forensic setting. In general, the results are concordant with the textbook literature, therefore supporting common knowledge related to manner of death in non-chemical suffocation. However, discrepancies have been underscored in smothering. Furthermore, the classification of asphyxia and the definitions of subtypes, such as suffocation, are far from being uniform, varying widely from one textbook to another and from one paper to the next. Unfortunately, similar research designs can lead to totally different results depending on the definitions used. Closely comparable cases are classified differently by equally competent forensic pathologists. Therefore, the present project highlights the discrepancies between textbook classifications and tries to draw mainstream definitions, in order to propose a more unified classification of asphyxial deaths.