Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / L’hypertension artérielle pulmonaire (PAH) est une vasculopathie obstructive caractérisée par une oblitération du lumen des artères pulmonaires distales et une augmentation des résistances vasculaires menant à une augmentation des pressions pulmonaires (PAP) et une hypertrophie ventriculaire droite (RVH) compensatrice. Aucun médicament n’est capable à ce jour de stopper le processus, et lorsque l’hypertrophie compensatrice devient insuffisante, le ventricule droit (RV) se dilate et défaille. A l’origine de ce processus se trouve une hyper-prolifération, une résistance à l’apoptose et une augmentation de la motilité des cellules musculaires lisses vasculaires de l’artère pulmonaire (PASMCs), les rendant « pseudo-malignes ». Le laboratoire a précédemment démontré que le facteur de transcription NFAT (Nuclear factor of activated T-cells) est en partie impliqué dans ces désordres cellulaires en provoquant une augmentation des concentrations calciques intracellulaires et stimulant la prolifération ; et une hyperpolarisation du potentiel de membrane mitochondriale (ΔΨm) inhibant ainsi l’apoptose dépendante des mitochondries. Dans le chapitre 2 nous avons démontré pour la première fois dans le réseau vasculaire pulmonaire que le facteur de transcription STAT3 (Signal transducer and activator of transcription 3) est activé et impliqué de façon directe dans la régulation de l’expression de NFAT et de façon indirecte dans son activation via l’oncoprotéine serine/thréonine kinase Pim1 (Provirus integration site for Murine Moloney leukemia virus). L’inhibition de Pim1 in vitro et in vivo (modèle de rat injecté à la monocrotaline) est associée à une diminution de l’activité de NFATc2 et à un retour à un phénotype normal. De plus, les souris déficientes pour le gène Pim1 sont résistantes à une induction de la PAH par hypoxie ou monocrotaline. De plus nous avons démontré que l’expression de Pim1 corrèle avec la sévérité de la maladie dans le modèle expérimental et le modèle humain. Nous avons donc souligné l’intérêt de Pim1 comme cible thérapeutique et outil de diagnostic. Dans le chapitre 3, nous avons mis en évidence l’implication de la plateforme signalétique c-Src (sarcoma Schmidt-Ruppin A-2 viral oncogene homolog)/FAK (Focal adhesion kinase) dans la régulation du phénotype « pseudo malin » en partie par activation de STAT3. L’inhibition de FAK in vitro diminue la prolifération des cellules pathologiques, augmente leur sensibilité a l’apoptose et réduit leur motilité. In vivo, l’inhibition de FAK réduit les pressions pulmonaires et le remodelage vasculaire faisant de FAK une cible thérapeutique intéressante. Dans le chapitre 4 nous proposons finalement une autre option thérapeutique par l’utilisation de la dehydroepiandrosterone. Cette hormone naturelle a précédemment été remarquée comme bénéfique dans le traitement de l’hypertension artérielle pulmonaire de par ses propriétés vasodilatatrices. Nous avons montré ici qu’en inhibant STAT3 la DHEA possède également des propriétés antiprolifératives et que son utilisation clinique est prometteuse. Durant mes travaux de doctorat, j’ai pu donc mettre en évidence l’implication majeure de l’axe Src/FAK/STAT3/Pim1 dans la pathogénèse de l’hypertension artérielle pulmonaire. J’ai pu proposer diverses solutions thérapeutiques qui pourraient apporter de nouvelles issues cliniques plus ou moins rapidement. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is an obstructive vasculopathy characterized by distal pulmonary arteries lumen obliteration and increased vascular resistances, leading to a rise in pulmonary arterial pressure (PAP) and a compensatory right ventricular hypertrophy. Currently available therapies do not permit to reverse the established process and when the hypertrophy become insufficient, the right ventricle dilates and fails. This phenomenon is due to enhanced proliferation, survival and motility of pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs), which acquire a pseudo malignant phenotype. Our group previously described that the transcription factor NFAT (Nuclear factor of activated T-cells) is involved in these cellular disorders by increasing intracellular calcium level and enhancing proliferation; and by hyperpolarizing the mitochondrial membrane potential and decreasing mitochondrial-dependant apoptosis. In the Chapter 2, we demonstrated for the first time in the pulmonary vasculature, that STAT3 (Signal transducer and activator of transcription 3) regulates directly NFATc2 expression and indirectly NFATc2 activity via the oncoprotein serine/threonine kinase Pim1 (Provirus integration site for Murine Moloney leukemia virus). In vitro and in vivo Pim1 inhibition (in the monocrotaline rat model) is associated with decreased NFATc2 activity and reversion of the malignant phenotype. Moreover, Pim1 deficient mice are resistant to monocrotaline or hypoxia-induced PAH. Finally, we demonstrated that Pim1 expression correlates with disease progression both in animal and human model. Thus, we underlined Pim1 as a potent therapeutic target and an interesting diagnosis tool. In the chapter 3, we showed that the signaling hub c-Src (sarcoma Schmidt-Ruppin A-2 viral oncogene homolog)/FAK (Focal adhesion kinase) is implicated in the regulation of the PASMCs pseudo malignant phenotype, in part by activating STAT3. FAK inhibition in vitro decreases PASMCs proliferation, survival and motility. In vivo, FAK inhibition is associated with decreased PAP and decreased vascular remodeling, making FAK as an interesting therapeutic target. In the chapter 4, we suggest dehydroepiandrosterone (DHEA) as another therapeutical option. This natural hormone is known to be beneficial in PAH through their vasodilating properties. We showed here that by inhibiting STAT3 activation, DHEA also has anti-proliferating properties. Therefore, clinical use of DHEA for PAH can be promising. During my PhD studies, I showed the critical implication of the Src/FAK/STAT3/Pim1 in PAH pathogenesis. I contributed to increase the knowledge on PAH pathogenesis and suggested some therapeutical solutions that can be useful to improve patient outcome.

Introduction : L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie caractérisée par une augmentation des pressions pulmonaires menant à une défaillance cardiaque droite. Les cellules musculaires lisses des artères pulmonaires (CMLAP) sont exposées à un niveau de stress accru notamment dû à l’inflammation des tissus et du milieu pseudo-hypoxique. Malgré cet environnement hostile, elles arrivent à proliférer et à survivre. Toutefois, cela entraine une augmentation anormale du dommage à l’ADN. Il existe, cependant, un équilibre entre les dommages à l’ADN et les mécanismes de réparation. PIM1, une onco-protéine à l’activité kinase, est surexprimée en HTAP. Elle est impliquée dans plusieurs voies de signalisation cellulaire, telles la survie et la prolifération, mais la voie de réparation du dommage à l’ADN n’a jamais été explorée en HTAP. De plus, l’inhibiteur de PIM1, le SGI-1776, a été testé en essai clinique en cancer, ainsi l’évaluation de son efficacité pour les patients HTAP pourrait rapidement être mise en place. Objectifs : Évaluer le potentiel thérapeutique du SGI-1776 et élucider l’implication de PIM1 dans la réparation du dommage à l’ADN en HTAP. Méthodes/Résultats : Nous démontrons premièrement que les poumons de patients HTAP (n=10) ainsi que les CMLAP-HTAP (n=5) présentent une surexpression de PIM1. Sur ces mêmes tissus et lignées cellulaires, le précurseur de la reconnaissance des dommages à l’ADN (γH2AX) est également augmenté comparativement aux sujets sains. Ce précurseur est essentiel à l’initiation de la réparation à l’ADN et l’inhibition de PIM1 par SGI-1776 (1,3 et 5μM) diminue la capacité de la réponse au dommage à l’ADN via la voie de la jonction des extrémités non-homologues (NHEJ) : le traitement cause une diminution des facteurs du NHEJ comme Ku70, DNA-PKcs et γH2AX (n=4). Par essai comet, nous démontrons que les dommages sont toujours présents et que ceci diminue la prolifération (Ki67 n=3; p<0.05) et augmente l’apoptose (AnnexinV n=3; p<0.05). In vivo, le SGI-1776 diminue les pressions pulmonaires (n=30, 30±2mmHg vs 49±5mmHg) et diminue le remodelage des artères pulmonaires distales (H&E, 45% vs 65%), ce qui est principalement dû à la restauration de la balance entre la prolifération (Ki67 n=25; p<0.05) et l’apoptose (TUNEL n=25; p<0.05) des artères pulmonaires distales. Conclusion : Nous avons démontré pour la première fois l’implication de PIM1 dans la réparation du dommage à l’ADN en HTAP et que l’inhibition de son activité améliore in vitro et in vivo l’HTAP. / RATIONALE: Pulmonary Arterial Hypertension (PAH) is a fatal disease characterized by the narrowing of pulmonary arteries (PA) due to vascular remodeling. It is now established that this phenotype is associated with enhanced pulmonary artery smooth muscle cells (PASMC) proliferation and suppressed apoptosis. This phenotype is sustained in part by the activation of several DNA repair pathways allowing PASMC to survive despite the environmental stresses seen in PAH. PIM1 is an oncoprotein upregulated in PAH and that has been implicated in many pro-survival pathways in cancer, including DNA repair. PIM1 inhibitors, like SGI-1776, are already in clinical trials in cancer and could thus be beneficial to PAH patients. OBJECTIVES: The aim of this study is to demonstrate the implication of PIM1 in the DNA damage response and the beneficial effect of its inhibition by SGI-1776 in human PAH-PASMC and in rat preclinical model of PAH. METHODS/RESULTS: Using western blot we showed in both human PAH lungs (n=10) and PAH-PASMC (n=5) a significant upregulation of PIM1 compared to control donor (n=5). PIM1 upregulation in PAH was associated with a significant activation of DNA damage sensor (γH2AX), which is critical for DNA repair initiation. We showed that PIM1 inhibition using SGI-1776 (1,3, and 5μM) significantly impaired DNA repair capacity in PASMC (n=4) with a significant repression of Ku70, DNA-PKcs, and γH2AX and decreased ATM expression. We showed no diminution of DNA damage with SGI-1776 treatment (Comet Assay, n=3). As expected, the lack of DNA repair in SGI-1776 treated PAH-PASMC lead to a significant reduction in proliferation (Ki67 n=3; p<0.05) and resistance to apoptosis (AnnexinV assay n=3; p<0.05). In vivo, SGI-1776 10mg*kg-1 given 3 times a week, improves significantly (n=30; p<0.05) monocrotaline-induced PH (decreased RVSP, mean PA pressures and vascular remodeling). CONCLUSION: We demonstrated for the first time that PIM1 is implicated in DNA repair signaling in PAH-PASMC and that repressing its activity everses PAH both in vitro and in vivo.

Chapitre 1. Introduction<p><p>\ / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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

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L’hypertension pulmonaire (PH) compliquant la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) est associée à une augmentation du risque de décès. Le remodelage vasculaire pulmonaire en est la principale cause ; ce remodelage est le résultat de la combinaison des effets de l'hypoxie alvéolaire, d’une inflammation et de la perte du lit vasculaire pulmonaire. Sur le plan anatomique, on observe un épaississement de l’intima dû à une prolifération des cellules musculaires lisses (CML). Ces anomalies sont sous la dépendance du transporteur de la sérotonine (5-HTT). La quantité d’ARN messager du 5- HTT des CML humaines en culture est significativement plus élevée chez les sujets homozygotes pour la forme longue du promoteur de 5-HTT (LL), par rapport aux sujets hétérozygotes (LS) ou homozygotes pour la forme courte (SS), notamment en condition hypoxique. La pression artérielle pulmonaire (PAP) est significativement plus élevée chez les patients homozygotes LL (moy. 34 ± (ET)13 mm Hg), par rapport aux autres patients (22 ± 4 mm Hg et 23 ± 5 mm Hg ; p<0,001). Nous avons également observé que l’interleukine 6 (IL- 6) sérique est corrélée à la PAP (r=0,39 ; p< 0,001). De plus, un polymorphisme fonctionnel du gène codant pour l’IL-6 G(–174)C est associé dans sa forme homozygote GG à une HP plus fréquente (Odds Ratio ajusté= 4.32; [Intervalle de confiance à 95%, 1.96-9.54]) et une PAP significativement plus élevée. En conclusion, la prolifération des CML artérielles pulmonaires dans la BPCO est dépendante du 5-HTT et de l’inflammation. Cette prolifération est en partie induite par l’hypoxie alvéolaire entraînant un remodelage des petites artères et artérioles pulmonaires / The lung high blood pressure complicating (PH) the obstructive chronic bronchopneumopathie ( BPCO) is associated with an increase of the risk of death(deaths). The lung vascular reshaping is the main cause; this reshaping is the result(profit) of the combination(overall) of the effects of the alveolar hypoxie, the inflammation and the loss of the lung vascular bed

La fraction d'éjection du ventricule droit (FEVD) est un marqueur de survie en cas d'hypertension pulmonaire (PH), mais sa mesure est compliquée et fastidieuse. Le TAPSE (Tricuspid Annular Plane Systolic Excursion) est un bon indice de la FEVD mais il ne mesure que la composante longitudinale de la contraction ventriculaire droite. La fraction de variation surfacique du ventricule droit RVFAC (Right Ventricular Fractional Area Change) semble être un meilleur indice de FEVD car il prend en compte le sens longitudinal et transversal des éléments de la contraction du ventricule droit. Le but de notre étude était d'évaluer la performance RVFAC fonction de la sévérité hémodynamique chez les deux groupes de patients atteints de PH:l'hypertension artérielle pulmonaire (HAP) et l'hypertension pulmonaire thromboembolique chronique (CTEPH).Methodes: Soixante-deux patients atteints d'HTAP et CTEPH ont bénéficié d’un cathétérisme cardiaque droit et d’une IRM cardiaque dans un délai de 72 heures. Les surfaces ventriculaires droite et gauche a la fin de la diastole (RVEDA, LVEDA), la surface du ventricule droit a la fin da la systole (RVESA) et TAPSE ont été mesurés dans la vue quatre cavités. Le RVFAC (RVFAC=RVEDA-RVESA/RVEDA) et le rapport RVEDA/LVEDA ont été calculés. Le diamètre entre la paroi libre et le septum (DF-S) et le diamètre entre les parois antérieure et postérieures du ventricule gauche (DA-P) ont été mesurés et l'indice d’excentricité LV (IE) a été calculé (= DA-P / DF-S). Le RVEF a été calculée à l'aide de coupes jointives de 6 mm en petit axe du ventricule droit.Résultats: La population avait un âge moyen de 58 ans avec une majorité des femmes, la plupart des patients étaient en classe fonctionnelle III, 23 avaient des HAP) et 39 des CTEPH. La RVEF était faiblement corrélée aux variables hémodynamiques de la post-charge et de la fonction VD. Le RVFAC était plus fortement corrélée à FEVD (R2 = 0,65, p <0,001) que TAPSE (R2 = 0,35, p <0,001). Une FEVD <35% était mieux prédite par un RVFAC bas que par une diminution de TAPSE (TAPSE: AUC 0,73 et RVFAC: AUC 0,93, p = 0,0065). Nous avons divisé la population par la médiane de la résistance artérielle pulmonaire (RAP) et nous avons observé que dans le groupe avec la pire sévérité hémodynamique, cette différence a augmenté: dans le groupe avec PVR < 8,5 UW (RVFAC: R2 = 0,66, p <0,001 et TAPSE: R2 = 0,30, p =0,002) et dans le groupe avec PVR > 8,5 UW (RVFAC: R2 = 0,51, p <0,001 et TAPSE: R2 = 0,14, p = 0,041). Le groupe avec PVR> 8,5 WU avait un rapport RVEDA/LVEDA augmenté et une augmentation de l`indice excentricité. Les relations RVEF-RVFAC n’étaient pas différentes entre les groupes de HAP et CETPH.Conclusion: La fraction de variation surfacique du ventricule droit RVFAC fournit un reflet simple et fiable de la FEVD peut-être parce que contrairement à TAPSE qui ne prend en compte que le raccourcissement longitudinal, RFVAC prend également en compte la composante transversale de la fonction ventriculaire droite. / The right ventricular ejection fraction (RVEF) is a surrogate marker in pulmonary hypertension (PH), but its measurement is complicated and time consuming. The TAPSE (Tricuspid Annular Plane Systolic Excursion) is a good index of RVEF, though it measures only the longitudinal component of right ventricular contraction. The RVFAC (Right Ventricular Fractional Area Change) seems to be a better index of RVEF because it takes into account the longitudinal and the transversal components of right ventricular contraction. The aim of our study was to evaluate the RVFAC performance according to hemodynamic severity in two groups of patients with PH: pulmonary arterial hypertension (PAH) and chronic thromboembolicpulmonary hypertension (CTEPH).Methos: Sixty-two patients with PAH and CTEPH underwent right heart catheterization and cardiac MR in a 72-hour delay. The right and left ventricle end diastolic areas (RVEDA, LVEDA), the right ventricle end systolic area (RVESA) and TAPSE were measured in the four chamber view. The RVFAC (RVFAC=RVEDA–RVESA/RVEDA) and the RVEDA/LVEDA relationship werecalculated. The diameter between the left ventricle (LV) free wall and the septum (dL-S) and the diameter between the anterior and posterior walls (dAP) were measured and the LV eccentricity index (EI) was calculated (EI=dAP/dL-S). The RVEF was calculated by using 6 mm RV short axis cines.Results: The population had mean age of 58 years with female majority, most of the patients were in functional class III, 23 had pulmonary arterial hypertension (PAH) and 39 had chronic thromboembolic pulmonary hypertension (CTEPH). The RVEF was weakly correlated to the hemodynamic variables of RV afterload and function. The RVFAC was morestrongly correlated to RVEF (R2=0.65, p<0.001) than TAPSE (R2=0.35, p<0.001). RVEF<35% was better predicted by RVFAC than TAPSE (TAPSE: AUC 0.73 and RVFAC: AUC 0.93, p=0.0065). We divided the population by the median of the pulmonary vascular resistance (PVR) and we observed that in the group with worse hemodynamic severity this difference increased: inthe group with PVR<8,5WU (RVFAC: R2=0.66, p<0.001 and TAPSE: R2=0.30, p=0.002) and in the group with PVR>8,5 WU (RVFAC: R2=0.51, p<0.001 and TAPSE: R2=0.14, p=0.041). The group with PVR>8,5WU had an increased RVEDA/LVEDA and an increased EI. There was no differences in the RVEF relationships between the groups of PAH and CETPH.Conclusion: The RVFAC was better correlated to RVEF than TAPSE in the groups with less severe and more severe hemodynamics. In patients with increased hemodynamic severity, with no difference in the performance in theHAP or CTEPH groups. RVFAC was a better index of RVEF possibly because it takes into account the transversal component of right ventricular function.

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L'hypertension pulmonaire (PH) compliquant la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) est associée à une augmentation du risque de décès. Le remodelage vasculaire pulmonaire en est la principale cause ; ce remodelage est le résultat de la combinaison des effets de l'hypoxie alvéolaire, d'une inflammation et de la perte du lit vasculaire pulmonaire. Sur le plan anatomique, on observe un épaississement de l'intima dû à une prolifération des cellules musculaires lisses (CML). Ces anomalies sont sous la dépendance du transporteur de la sérotonine (5-HTT). La quantité d'ARN messager du 5- HTT des CML humaines en culture est significativement plus élevée chez les sujets homozygotes pour la forme longue du promoteur de 5-HTT (LL), par rapport aux sujets hétérozygotes (LS) ou homozygotes pour la forme courte (SS), notamment en condition hypoxique. La pression artérielle pulmonaire (PAP) est significativement plus élevée chez les patients homozygotes LL (moy. 34 ± (ET)13 mm Hg), par rapport aux autres patients (22 ± 4 mm Hg et 23 ± 5 mm Hg ; p<0,001). Nous avons également observé que l'interleukine 6 (IL- 6) sérique est corrélée à la PAP (r=0,39 ; p< 0,001). De plus, un polymorphisme fonctionnel du gène codant pour l'IL-6 G(-174)C est associé dans sa forme homozygote GG à une HP plus fréquente (Odds Ratio ajusté= 4.32; [Intervalle de confiance à 95%, 1.96-9.54]) et une PAP significativement plus élevée. En conclusion, la prolifération des CML artérielles pulmonaires dans la BPCO est dépendante du 5-HTT et de l'inflammation. Cette prolifération est en partie induite par l'hypoxie alvéolaire entraînant un remodelage des petites artères et artérioles pulmonaires

INTRODUCTION :Des anomalies de la circulation pulmonaire prédisposant au développement de l’hypertension pulmonaire ont été reconnues dans l’hypertension systémique. Une hyperleptinémie a été décrite comme impliquée dans la pathogénie de l’hypertension systémique et de l’hypertension artérielle pulmonaire. Cependant, les effets de la leptine sur la vasoréactivité pulmonaire restent méconnus. OBJECTIFS :Dans ce contexte, le présent travail consistait à évaluer ex vivo les effets vasomoteurs de la leptine en comparant (1) les circulations artérielles systémique et pulmonaire, (2) en présence ou non de l’endothélium, (3) chez des rats spontanément hypertendus (SHR ;un modèle génétique d’hypertension systémique) versus normotensifs. METHODES :La vasoréactivité à la phényléphrine, endothéline-1 (ET-1) et leptine a été étudiée sur des artères pulmonaires et aortes thoraciques de rats SHR et Wistar avec et sans endothélium. De l’imagerie calcique a été réalisée sur des cultures primaires de cellules musculaires lisses vasculaires traitées à la leptine. Ces résultats ont été interprétés à la lumière de la pathobiologie des vaisseaux. RESULTATS :Chez les rats Wistar, la leptine induisait la vasodilatation des artères pulmonaires et aortes thoraciques pré-contractées par la phényléphrine ou l’ET-1. Cette vasodilatation était endothélio-dépendante. Chez les SHR, cette vasodilatation endothélio-dépendante était altérée dans les artères pulmonaires. Dans les deux souches de rats la réponse à la leptine était plus importante dans les aortes que dans les artères pulmonaires. Chez les SHR, les artères pulmonaires présentaient une hypertrophie de la média, associée à une surexpression génique d’ET-1 et des récepteurs à l’ET-1: ETA et ETB. Dans les artères de SHR sans endothélium, la leptine induisait une vasoconstriction, dépendante du calcium extracellulaire et des stocks calciques intracellulaires. En effet, la leptine induisait une augmentation des concentrations intracellulaires en calcium dans les cellules musculaires lisses isolées à partir d’artère pulmonaire et d’aorte thoracique, et ce de manière plus importante chez les SHR. Les artères de SHR présentaient une expression génique accrue du canal cationique TRPC6. CONCLUSION :La perte de la vasodilatation endothelio-dépendante induite par la leptine, dans un contexte d’augmentation d’ET-1, et de supplément de calcium dans les cellules musculaires lisses, pourrait contribuer à l’augmentation de la résistance vasculaire pulmonaire observée dans l’hypertension systémique. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished