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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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Le muscle cardiaque est un organe qui s'adapte à différents stress hémodynamiques en activant la synthèse protéique et en augmentant la taille des cardiomyocytes, résultant sur le développement d'une hypertrophie cardiaque. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle potentiel du canal TRPM4 dans différents types d'hypertrophie cardiaque. Une altération du Ca2+ diastolique est à l'origine du signal initial activant les voies de signalisation d'une hypertrophie cardiaque délétère de type pathologique telle que la voie de la calcineurine-NFAT et la ré-expression de gènes fœtaux. Cette hypertrophie est alors compensatrice et vise à préserver la fonction de pompe du myocarde. Cette altération peut être conduite par divers stimulis tels qu'une augmentation de l'angiotensine II ou par des pathologies cardiovasculaires telles que l'infarctus du myocarde et l'hypertension. Cependant, une hypertrophie cardiaque bénéfique est également décrite dans la littérature, notamment lors des stades de développement du myocarde lors de l'embryogénèse ou en encore en réponse à une activité physique modérée régulière. Elle se caractérise par l'activation d'une toute autre voie de signalisation qu'est la voie de l'IGF-1-PI3K-Akt engendrée par une augmentation du taux de facteur de croissance qu'est l'insulin growth factor-1. Ces voies de signalisation ont été largement décrites dans la littérature et s'entrecroisent. Le canal TRPM4 est un canal cationique non sélectif perméable de manière égale aux ions Na+ et au K+, imperméables au Ca2+, mais activé par le Ca2+ intracellulaire. Dans le système immunitaire, il régule négativement l'entrée de Ca2+ et ce canal apparaît donc impliqué dans de nombreuses fonctions cellulaires dépendantes du Ca2+ dans différents types cellulaires. Par l'utilisation de deux modèles d'hypertrophie cardiaque, un physiologique généré par quatre semaines d'entraînement en endurance et un pathologique suite à un infarctus du myocarde induit par la ligature de l'artère coronaire gauche sur des souris wild-type et knock-out (KO) pour le canal TRPM4, nous avons mis en évidence une augmentation d'expression fonctionnelle du canal TRPM4 au sein du ventricule gauche associée à une régulation négative d'entrée de Ca2+. Le canal TRPM4 étant un régulateur de l'homéostasie calcique des cardiomyocytes, son expression fonctionelle après l'infarctus du myocarde ainsi que l'entraînement favorise l'activation de la voie de l'IGF-1-PI3K-Akt et prévient partiellement l'activation de la voie de la Calcineurine-NFAT et le développement d'une hypertrophie cardiaque pathologique, notamment dans le modèle d'infarctus du myocarde. En effet, en absence d'expression du canal, l'entrée de Ca2+ n'étant plus régulée, la voie de la Calcineurin-NFAT est favorisée. Mots clés : TRPM4, hypertrophie cardiaque, entraînement, IGF-1-PI3K-Akt, Calcineurine / Abstract: Cardiac muscle is an organ that adapts to different hemodynamic stress by activating protein synthesis and increasing cardiomyocytes size, resulting in cardiac hypertrophy. The objective of this PhD is to study the potential role of TRPM4 channel in different types of cardiac hypertrophy. Impaired diastolic Ca2+ is responsible for the initial signal activating signaling pathways in a deleterious cardiac hypertrophy pathological type such as Calcineurin-NFAT pathway and the re-expression of fetal genes. This hypertrophy is first compensatory and preserves the myocardial pump function. This alteration can be carried out by various stimuli such as increased angiotensin II or by cardiovascular diseases such as myocardial infarction and hypertension.However, a beneficial cardiac hypertrophy is also described in the literature, especially during development stages during embryogenesis or even in response to regular moderate physical activity. It is characterized by the activation one different signaling pathway, the IGF-1 - PI3K –Akt, generated by an increase in growth factor levels that is the insulin growth factor -1. These signaling pathways have been widely described in the literature and cross-talking. TRPM4 channel is a nonselective cation channel permeable equally to Na+ and K+, impermeable to Ca2+ but activated by the intracellular Ca2+. In the immune system, it downregulates Ca2+ entry and therefore appears to be involve in many Ca2+-dependent cellular functions in different cell types. By the use of two models of cardiac hypertrophy, a physiological generated by four weeks of training in endurance and pathological after myocardial infarction induced by ligation of the left coronary artery on wild-type and knockout mice -out (KO) for TRPM4 channel, we have demonstrated a functional expression increased TRPM4 channel within the left ventricle associated with down-regulation of Ca2 + entry. TRPM4 the channel being a regulator of calcium homeostasis in cardiomyocytes functional expression after myocardial infarction as well as the drive promotes the activation of the pathway of IGF-1-PI3K-Akt and partially prevents the pathway activation of the NFAT-calcineurin and the development of pathological cardiac hypertrophy, in particular myocardial infarction model. Indeed, in the absence of expression of the channel, the Ca2 + is not regulated, the path of Calcineurin-NFAT is favored. Keywords: TRPM4, cardiac hypertrophy, training, IGF-1-PI3K-Akt, calcineurin

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L’hypertrophie bénigne de la prostate (HBP) est une pathologie qui affecte 50% des hommes dès l’âge de 60 ans et qui conduit à des troubles de la miction. L’HBP se caractérise par une hypertrophie exclusive ou composite de plusieurs compartiments tissulaires de la prostate que sont l’épithélium, le stroma et les fibres musculaires qui définissent respectivement les composantes glandulaire, fibreuse et musculaire de cette pathologie. Il a récemment été montré que les souris dépourvues en récepteurs nucléaires LXR (Liver‐X‐receptor) α (souris lxrα‐/‐) développent une hypertrophie de la prostate dont les signes histologiques évoquent une HBP de type fibreuse. Par ailleurs, un des traitements de l’HBP, vise à éteindre la signalisation androgénique en inhibant la conversion de la testostérone en son métabolite actif, la dihydrotestostérone (DHT). Le phénotype d’hypertrophie de la prostate pourrait donc également s’expliquer par une altération de la signalisation androgénique dans les souris lxrα‐/‐. Dans ce contexte, notre projet de recherche a été centré sur l’étude du rôle des LXR dans l’apparition de l’HBP dans sa composante glandulaire et l’analyse des relations moléculaires associant les signalisations dépendantes de LXRα et du récepteur des androgènes (AR) au sein de la prostate. Le phénotype d’HBP observé dans les souris lxrα‐/‐ résulte d’altérations importantes de l’homéostasie de l’épithélium qui miment la composante glandulaire : 1) une activité sécrétoire accrue ; 2) une altération des processus de sécrétion associée à une altération de l’expression des gènes codant des protéines du transport vésiculaire ; 3) une réponse altérée de certains gènes androgéno‐dépendants associée à une hypersensibilité aux androgènes ; 4) des modifications du réseau paracrine reliant le stroma et l’épithélium. Au final, ces travaux définissent LXRα comme un acteur clé de l’homéostasie prostatique et ouvrent des pistes intéressantes pour la compréhension de l’étiologie de l’HBP chez l’homme. Ces résultats montrent qu’il est possible de moduler la réponse androgénique de la prostate en ciblant LXRα. Ainsi, à plus long terme, l’activation pharmacologique de LXRα constitue une piste potentielle dans le traitement de l’HBP. / Benign prostate hyperplasia (BPH) is a very common prostatic disorder that affects 50% of men after 60 years. In BPH, prostate enlargement causes urinary disorders. BPH is characterized by a hypertrophy of several tissue compartments such as the epithelium, stroma and/or muscle fibers. Hence, three main forms of BPH have been described : glandular, fibrous and muscular form. It has been recently shown that LXR (Liver‐X‐receptor) α (lxrα‐/‐) mice develop a prostate enlargement with histological signs of fibrous BPH. Inhibition of testosterone conversion into DHT is one the most effective pharmacological treatment of BPH. Thus, the lxrα‐/‐ prostate phenotype could be in part due to an alteration of androgen signaling. In this context, the aim of this work was to study the role of LXR in glandular BPH development and to understand the relationships between LXRα and the androgen receptor (AR) dependent signaling pathway in prostate. The prostate enlargement observed in lxrα‐/‐ mice results from major alterations in epithelium homeostasis mimicking the glandular alteration of BPH : 1) increase of secretory activity ; 2) alteration of the secretory process associated with altered expression of vesicular transport protein encoding genes ; 3) a disruption in the response of androgen‐dependent genes associated with androgen hypersensitivity ; 4) changes in the paracrine network between stroma and epithelium. Finally, this work defines LXRα as a key player in prostate homeostasis and opens interesting way to the understanding of BPH etiology. These results show that targeting LXRα modulate the prostate androgenic response. Thus, pharmacological activation of LXRα could constitute a new option for the treatment of BPH.

La masse musculaire est largement régulée par des voies de signalisation contrôlant l'équilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines myofibrillaires. Ainsi, la myostatine, membre de la superfamille des TGFβ, cible un certain nombre de réseaux de signalisation impliqués dans la régulation de la masse musculaire, notamment la voie de signalisation Akt/mTOR. La myostatine est un des inhibiteurs majeurs de la myogenèse en exerçant un contrôle négatif sur la prolifération et différenciation des myoblastes. A l’heure actuelle, la myostatine est au centre de nombreuses stratégies thérapeutiques notamment dans le cadre de thérapies visant à améliorer la fonction musculaire dans les cas d’atrophie ou myopathies. Les protéines GASP-1 et GASP-2, deux protéines sécrétées contenant plusieurs domaines associés à des inhibiteurs de protéases, ont été décrites comme antagonistes de la myostatine. L’Unité de Génétique Moléculaire Animale a mis en place des stratégies in vitro et in vivo afin de déterminer les fonctions des protéines GASP, notamment dans le contexte myogénique. Dans un premier temps, l'équipe a généré une lignée de souris transgéniques TgGasp-1 sur-exprimant le gène Gasp-1. Cette lignée présente une augmentation globale du poids des muscles squelettiques et une hypertrophie, conséquences d'une inhibition de la myostatine. Cependant, contrairement aux souris knock-out pour la myostatine (Mstn-/-), cette lignée ne présente nid’hyperplasie, ni de changement dans la proportion des différents types de fibres musculaires, ni de variation de métabolisme.Afin de mieux comprendre le rôle des protéines GASP dans le développement musculo-squelettique,deux approches complémentaires ont été développées au cours de cette thèse.Une première approche in vivo, avec l'étude d'une lignée murine TgGasp-2 sur-exprimant le gène Gasp-2, a permis de mettre en évidence un phénotype musculaire semblable aux souris sur-exprimant Gasp-1. En effet, l'analyse phénotypique de ce modèle murin montre à 12 semaines, une augmentation globale du poids des souris et de certains muscles squelettiques due à une hypertrophie des fibres musculaires. Comme pour les souris sur-exprimant Gasp-1, à la différence des souris Mstn-/-, le nombre total de fibres des souris TgGasp-2 et leur métabolisme ne présentent pas de variation parrapport aux souris sauvages. Une seconde approche in silico, suite à une étude transcriptomique et protéomique à partir de modèles murins sur-exprimant ou non GASP-1, a permis d'identifier différents processus biologiques et voies de régulation contrôlées par GASP-1. / Muscle mass is largely regulated by signaling pathways controlling the balance between synthesis and degradation of myofibrillar proteins. Thus, myostatin, a member of the TGFβ superfamily, targets a number of signaling networks involved in the regulation of muscle mass, in particular the Akt / mTOR signaling pathway. Myostatin is one of the major inhibitors of myogenesis by exerting a negativecontrol on the proliferation and differentiation of myoblasts. Today, myostatin is involved in many therapeutic strategies which aim to improve muscle function in cases of atrophy or myopathies.GASP-1 and GASP-2 are two secreted proteins containing several domains associated with protease inhibitors, and described as myostatin antagonists. The Animal Molecular Genetics laboratory has developed in vitro and in vivo strategies to determine the functions of GASPs proteins in a myogenic context. First, we generated a transgenic mouse line TgGasp-1 over-expressing the Gasp-1 gene. This line shows an overall increase in skeletal muscle weight and hypertrophy, a consequence of myostatin inhibition. However, unlike myostatin knockout mice (Mstn -/-), this line shows neither hyperplasia, nor change in the proportion of different types of muscle fibers. Moreover, the global metabolism is not affected. In order to better understand the role of GASPs proteins in musculoskeletal development, two complementary approaches were developed during this thesis :(i) the study of a murine TgGasp-2 line over-expressing Gasp-2 reveals a muscular phenotype similar to the TgGasp-1 mice. At 12 weeks, we observed an overall increase in body and some skeletal muscles weight due to a hypertrophy of the myofibers. As the TgGasp-1 mice, and unlike the Mstn -/- mice, the number of fibers and the metabolism of TgGasp-2 mice did not vary compared to the wildtype mice (ii) In silico analyses allow us to identify different biological processes and regulated pathways controlled by GASP-1.

L’Hypertrophie Ventriculaire Gauche (HVG) est actuellement mise en évidence par échographie. Cet examen fournit des informations anatomo-fonctionnelles mais ne permet pas de déterminer l’étiologie des HVG, ce qui engendre de graves erreurs de diagnostic et de prise en charge thérapeutique. Les HVG sont classiquement séparées en 2 catégories :1. pathologies hypertrophiques induites par la modification structurelle et fonctionnelle des cardiomyocites qui tend à compenser des insuffisances cardiaques liées par exemple à des problèmes d’hypertension artérielle, de rétrécissement aortique ou de CardioMyopathies Hypertrophiques sarcomériques ;2. pathologies infiltratives correspondant au dépôt de protéines dans la matriceextracellulaire principalement dues à différentes formes d’amyloses cardiaquesNotre hypothèse est que les différents mécanismes physiopathologiques (hypertrophique ou infiltratif) pourraient se traduire dans l’image par des propriétés spécifiques du speckle échographique. Nous avons donc développé un travail d’analyse de la texture de ces images afin de discriminer les différentes HVG.Dans cette étude, la base de données de 4795 images est divisée en une base d’apprentissage de 3770 images et une base de test de 1025 images. L’analyse de texture des images est faite par les ondelettes de Gabor avec 8 orientations, 7 tailles et 5 niveaux de décomposition. Ensuite, les caractéristiques statistiques de premier et deuxième ordre sont extraites des images. Le nombre des caractéristiques est réduit pour la base d’apprentissage en appliquant l’Analyse en Composantes Principales (ACP) suivie par l’analyse discriminante linéaire (ADL) pour une séparation supervisée des classes. Les caractéristiques extraites pour la base de test sont projetées sur les vecteurs propres sélectionnés au cours de l’apprentissage. L’ADL est appliquée à ce niveau pour la classification des données du test et la qualité de cette classification est évaluée. Les résultats obtenus sont bons (qualité totale de classification de 95,51%) et sont suivis d’une étape de cross-validation afin de vérifier la robustesse de notre méthode. A cette étape, les bases de données de l’apprentissage et du test sont mélangées et 50 combinaisons différentes sont évaluées. La même méthode décrite précédemment est appliquée. La cross-validation montre une variation de la qualité de classification (entre 30% et 99.96%) probablement due à l’hétérogénéité des caractéristiques texturelles pour les patients d’une même classe que l’on peut expliquer par des degrés différents d’avancement dans la pathologie.Ces travaux montrent qu’une analyse de texture des images échocardiographiques peut permettre de déterminer des bio-marqueurs aptes à discriminer différentes cardiopathies qui s’expriment par une HVG. Ce résultat peut avoir des retombées très importantes dans la détection précoce des amyloses cardiaques, maladies engendrant un fort taux de mortalité souvent dû à un retard de diagnostic et prise en charge des patients par un centre expert / Left-Ventricular Hypertrophy (LVH) is currently detected through echocardiography. The latter imaging modality provides anatomical and functional information. However, it does not allow the determination of the HVG etiology. This can, in turn, lead to dangerous errors in the diagnosis and treatment planning of the disease. LVH pathologies are separated into two categories:- Hypertrophic pathology caused by the structural and functional modification of cardiomyocytes that lead to cardiac failure related, for example, to arterial hypertension problems, aortic narrowing or sarcomeric hypertrophic cardiomyopathies.- Infiltrative pathologies corresponding to protein deposits on the extracellular matrix, mainly due to different forms of cardiac amyloidosisOur hypothesis is that different physiopathological mechanisms (hypertrophic or infiltrative) can be translated in the image through properties specific to echographic speckle. We have therefore developed the work of texture analysis of such images in order to discriminate the different types of LVH.In this study, the database of 4795 images is divided into a learning database of 3770 images and another testing database of 1025 images. The textural analysis of these images is done using Gabor wavelets with 8 orientations, 7 sizes and 5 decomposition levels. Next, the statistical characteristics of first and second orders are extracted from the filtered images. The number of characteristics is reduced for the learning database by applying Principal Component Analysis (PCA) followed by Linear Discriminant Analysis (LDA) for a supervised separation of the classes. The extracted characteristics for the test database are projected on the eigenvectors selected in the learning step. LDA is applied at this level for the test data classification, and the quality of this classification is evaluated. The obtained results are good (total classification quality of 95.51%). A step of cross-validation follows in order to verify the robustness of our method. At this stage, the learning and testing databases are mixed, and 50 different combinations are evaluated. The same method described previously is then applied. The cross-validation shows a variation in the classification quality (between 30% and 99.96%) probably due to the heterogeneity of the texture characteristics for the patients of the same class explained by different disease advancement stages.This work shows that the textural analysis of echocardiographic images can permit the determination of bio-markers suitable to discriminate different LVH cardiopathies. Our results can have a very important impact on the early detection of cardiac amyloidosis, a pathology causing a considerable rate of mortality often due to a belated diagnosis and support by the centers of expertise