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

Les travaux développés dans ce manuscrit de thèse entrent dans le cadre du projet européen intitulé « Hearten », « A co-operative mHealth environment targeting adherence and management of patients suffering from Heart Failure (HF) ». Les acteurs de ce projet cherchent à développer une plateforme réseau multi compétences dont le but est le diagnostic précoce et le suivi des patients atteints d'insuffisance cardiaque. Elle permet l'enregistrement de différents paramètres vitaux de ces patients, comme la pression artérielle, le poids, les biomolécules contenus dans les biofluides, et leur consultation immédiate par les différents acteurs en charge du suivi des patients. L'objectif des travaux de recherche présentés dans ce manuscrit est de développer un capteur de gaz conductimétrique portable et miniaturisé, permettant la mesure en temps réel des VOCs caractéristiques du syndrome HF dans l'air expiré par les patients. La molécule d'acétone, connue dans la littérature pour être l'un des biomarqueurs les plus discriminants d'HF, a été particulièrement ciblée. Le capteur ainsi conçu est formé de paires de microélectrodes interdigitées (µIDEs) en or déposées sur substrat de silicium. La partie sensible du capteur consiste en une membrane polymérique électro-déposée à la surface du capteur qui est sensible à l'acétone. Les paramètres géométriques des µIDES ont été analysés et optimisés au cours de ces travaux afin d'améliorer la réponse et la sensibilité du capteur. Une plateforme d'analyse des gaz contenant l'ensemble de l'instrumentation associée à notre capteur a été développé. Les paramètres de l'instrumentation ont également été analysés et optimisés dans le même but. Nous avons ainsi étudié deux types de membranes polymériques sensibles à l'acétone. La première couche sensible développée est basée sur la co-polymérisation d'un polymère et de nanomatériaux dopants, le chitosan et les zéolites. La seconde couche sensible développée est quant à elle basée sur la co-polymérisation de polypyrrole et de métallophthalocyanines. Le capteur développé présente des performances optimales pour ce projet, dont notamment une limite de détection de l'ordre du ppm, ainsi que des temps de réponse et de recouvrement très courts. L'utilisation de ce capteur dans le cas de mesures cliniques est ainsi très prometteuse puisqu'il permet d'analyser plusieurs échantillons en temps réel, et ceux sur une durée de fonctionnement de plus d'une semaine. Le diagnostic rapide et la prise en charge du patient est donc facilité grâce à ce dispositif, dont les couts de fabrication sont très réduits / The work presented in this manuscript is part of the European project « Hearten », « A co-operative mHealth environment targeting adherence and management of patients suffering from Heart Failure (HF) ». The actors of this project are seeking for developing a multi-competence network platform whose goal is the early diagnosis and follow-up of patients with heart failure. It allows the recording of various vital parameters of these patients, such as blood pressure, weight, biomolecules contained in biofluids, and their immediate consultation by the different actors in charge of patient follow-up.The objective of research presented in this manuscript is to develop a portable conductometric gas sensor, allowing the measurement of characteristic VOCs of HF syndrome in exhaled air by patients. Acetone molecule, known in the literature as one of the most discriminating biomarkers of HF, has been particularly targeted. The sensor thus designed is based on pairs of gold interdigitated microelectrode etched on a silicon substrate. The sensitive part of the sensor consists of a polymeric membrane sensitive to acetone and electro-deposited on the surface of the sensor. The geometrical parameters of the µIDES have been analyzed and optimized during these works to improve the response and sensitivity of the sensor. A gas analysis platform including all the instrumentation associated with our sensor has been developed. The instrumentation parameters have also been analyzed and optimized for the same purpose.We studied two types of polymeric membranes sensitive to acetone. The first sensitive layer developed was based on the co-polymerization of a polymer and doping nanomaterials, chitosan and zeolites. The second sensitive layer developed was based on the co-polymerization of polypyrrole and metallophthalocyanines. The developed sensor provides optimal performance for this project, including a detection limit in the order of ppm level, as well as very short response and recovery times. The sensor can therefore be considered in the case of clinical measurements.The use of this sensor in the case of clinical measurements is very promising because it allows to analyze several samples in real time, and those over a period of operation of more than one week. Rapid diagnosis and patient management is therefore facilitated by this device, whose manufacturing costs are very low

L’altération de la réserve fonctionnelle cardiovasculaire (CV) à l’exercice est un signe précoce d’insuffisance cardiaque (IC). Nous avons étudié l’hypothèse d’une altération de la réserve CV dans deux modèles physiopathologiques : -une étude des pressions de remplissages du ventricule gauche (VG) lors d’un exercice de faible intensité avait pour finalité de démasquer une anomalie cardiaque latente au repos; cette approche a été appliquée à des patients à risque élevé d’IC à fraction d’éjection préservée.-une étude plus approfondie de la réponse CV au cours d’un exercice maximal avait pour double objectif, de démasquer, mais aussi d’analyser en détail les composantes physiopathologiques de l’altération de la fonction cardiaque. Cette approche a été appliquée à l’étude de la drépanocytose, un modèle de cardiopathie à haut débit. Dans la première partie de ce travail, nous avons montré qu’il était possible de démasquer une altération du remplissage VG dès une faible intensité d’exercice. Ces résultats observés initialement en utilisant des outils non-invasifs ont été confirmés en utilisant le cathétérisme cardiaque comme gold standard. Dans la seconde partie de ce travail, l’évaluation de patients drépanocytaires au cours d’un exercice maximal a permis de mettre en évidence une altération de la réserve fonctionnelle CV liée à un défaut de la réserve chronotrope et de la réserve en pré-charge du VG.Nos travaux constituent une contribution à l’étude de la physiopathologie CV. Les différentes modalités d’exploration qui ont été utilisées, et qui ont pour certaines été mises au point pour la réalisation de cette thèse, pourraient servir à l’étude d’autres cardiopathies. / Despite normal investigations at rest, latent heart failure can be observed in a number of patients during exercise. We investigated the hypothesis of an impairment of cardiovascular reserve in two pathophysiological models: - in patients at high risk of heart failure with preserved ejection fraction, we measured left ventricular filling pressures at low exercise level in order to unmask early stages of left ventricular diastolic dysfunction;- moreover, using combined echocardiography and cardiopulmonary exercise testing, a comprehensive study of cardiovascular response to maximal exercise was performed in patients with sickle cell anemia which was chosen as a model of chronic high-output states. We showed that very low exercise level could unmask early stage heart failure with preserved ejection fraction. These results, initially observed using Doppler echocardiography, were confirmed by direct invasive measurement of left ventricular filling pressure during exercise. In patients with sickle cell anemia, we found a decrease of cardiac output response to exercise. This alteration of cardiovascular reserve was characterized by a chronotropic incompetence and a blunted left ventricular preload reserve. The pathophysiological data provided by our studies may help improve and optimize management of patients with heart failure. The stress protocols which have been developed and used in our investigations could be useful to study other models of heart diseases.

L’insuffisance cardiaque (IC) est une cause majeure de mortalité dans les pays industrialisés. Ce syndrome est le résultat de nombreuses maladies cardiaques qui induisent dans un premier temps un remodelage adaptatif du myocarde : l’hypertrophie du ventricule gauche (HVG). Dans le cœur, le calcium libéré à partir du réticulum sarcoplasmique (RS) est à l’origine de la contractilité. Ce mécanisme est contrôlé par un macro-complexe moléculaire, composé du récepteur de la ryanodine (RyR2), et de protéines stabilisatrices associées dont la junctine (JCN), la calséquestrine (CSQ2), et la triadine (Trd). Ces dernières années, des dysfonctionnements de ce complexe, par des relâchements aberrants de Ca2+ du RS (vu comme des fuites de Ca2+ hors du RS) ont été remarqué au cours de l’IC, conduisant à une HVG associée à une dysfonction contractile et à la survenue d’arythmies cardiaques létales. De très nombreuses études se sont intéressées aux protéines principales du RS, telles que RyR2 et CSQ2, mais peu de données sont disponibles sur le rôle de Trd, protéine considérée comme mineure en physiopathologie cardiaque. Afin d’étudier son rôle dans le cœur, notre travail s’est articulé autour de trois modèles de pathologie cardiaque : 1-une surcharge de pression par une sténose de l’aorte transverse (TAC), 2-une diffusion de catécholamines (isoprotérénol, Iso) par mini-pompe osmotique et 3-une IC chronique par un infarctus du myocarde (IM), chez des souris dont le gène de la triadine a été invalidé (KO Trd). En réponse à une TAC ou à l’ISO, les animaux développent une HVG plus importante que les souris WT. Suite à une TAC, cette HVG est supérieure et excentrique et s’accompagne d’une dysfonction cardiaque comparativement aux animaux sauvages. Suite à un IM, les souris KO Trd présentent une mortalité accrue post-chirurgie. L’accroissement de cette mortalité accrue résiderait dans l’augmentation significative d’arythmies ventriculaires sévères (tachycardies ventriculaires, TV) chez ces souris suite à une stimulation catécholaminergique, pouvant être la conséquence d’une augmentation des fuites de Ca2+ hors du RS. Nous avons également observé qu’en réponse à la TAC la réexpression du gène TRDN avec un adénovirus AAV9 dans notre modèle KO Trd permet le maintien de la fonction cardiaque et de prévenir le développement de l’HVG. Au final, ces travaux montrent que l’absence de la triadine accélère la transition vers l’IC en modulant à la fois l’HVG et la dysfonction contractile associée mais également la survenue d’arythmies ventriculaires létales. / Heart failure (HF) is a serious public health issue with a growing prevalence in industrialized countries. This syndrome results from several cardiac diseases which begin with an adaptative myocardial remodeling: left ventricular hypertrophy (LVH). In heart, contractility depends on calcium release from sarcoplasmic reticulum (SR). This release is controlled by a macro-molecular complex, composed by ryanodine receptor (RyR2) and its associated regulatory protein junctin (JCN), calsequestrin (CSQ2) and triadin (Trd). During the past years, alterations of this complex by disturbed calcium release outside SR (as « sparks ») was often observed during the development of HF, being associated with LVH, dysfunction and fatal ventricular arrhythmias. Most studies were focused on RyR2 and CSQ2 function but few data are available regarding the role of Trd, considered until now having minor role in cardiac physiopathology. To elucidate its role, we realized 3 cardiac pathological experimental models on mice with triadin gene invalidation (KO Trd): 1- a pressure overload with transversal aorta constriction (TAC) 2-a chronic infusion of catecholamines (Isoproterenol, Iso) with osmotic minipumps and 3- a chronic HF with myocardial infarction (MI). In response to TAC or Iso, KO mice developed a greater LVH compared to wild-type mice. Also, with TAC, KO mice show an eccentric LVH associated with a severe cardiac dysfunction, as compared to wild-type mice. After MI, we observed a greater mortality post-surgery in KO Trd mice. This prevalence may be due to increasing of severe ventricular arrhythmias (ventricular tachycardia, VT) after catecholaminergic stimulation. This observation could be a consequence of increasing number of « sparks », and thus an increased calcium release during diastole. More interestingly, delivery of TRDN gene using AAV9 in KO mice, prevent adverse remodeling and the associated cardiac dysfunction following 28 days TAC surgery. To conclude, this work shows that the lack of triadin accelerate the transition towards heart failure, acting on LVH , contractile dysfunction, and the occurrence of lethal ventricular arrhythmias.

Notch3, récepteur exprimé dans les cellules musculaires lisses (CML), est impliqué dans la maturation des artères de résistance. La délétion de Notch3 aggrave les atteintes cardiaques induites par une hypertension artérielle (HTA), mais les mécanismes impliqués sont inconnus. Mes objectifs étaient de déterminer le rôle de la voie Notch3 dans le myocarde lors du remodelage cardiovasculaire induit par une surcharge de pression ou de débit. Nous avons étudié l'impact de l'absence de Notch3 lors l'HTA induite par l'Angiotensine II via deux modèles de souris (1- Notch3 KO et 2- invalidation induite de cette voie dans les CML, via RBPJk). Nous montrons que la voie Notch3-RBPJk est nécessaire à l'intégrité coronaire à l'âge adulte. Lors d'une HTA, son absence altère la réponse vasculaire et la microcirculation conduisant à un stress oxydant et une inflammation cardiaque. Puis, nous avons exploré les conséquences d'une surcharge de débit (exercice physique chez le mâle ou gestation chez la femelle Notch3-/-). Les mâles Notch3-/- ne présentent pas de signes de réponse angiogénique après 5 semaines de course, mais ce protocole a un effet bénéfique sur l'hypertrophie cardiaque. En parallèle, l'analyse des coeurs femelles Notch3-/- montre un défaut artériolaire similaire aux mâles Notch3-/-, mais sans hypertrophie ventriculaire. En post-partum, la densité capillaire augmente chez ces souris. Alors que le c¿ur post-partum se caractérise par un environnement anti-angiogénique, ces voies ne sont pas activées chez les femelles Notch3-/-. Ces résultats démontrent que la voie Notch3 est nécessaire à la réponse adaptative du réseau coronaire en réponse à une surcharge de pression ou de débit / Notch3, a receptor expressed in the smooth muscle cells (SMC), is involved in the maturation of resistance arteries. Notch3 knockout aggravates cardiac disorders induced by hypertension (HT), however mechanisms are unknown. My objectives were to determine the role of Notch3 signaling during cardiovascular remodeling induced by pressure or volume overload. First, we studied the Angiotensin II-induced HT consequences on two mouse models (1- congenital: Notch3 KO or 2- induced invalidation of Notch signaling in SMC via RBPJκ). We showed that Notch3-RBPJκ signaling is required for the maintenance of coronary structure in the adult. During HT, Notch3 signaling defect impaired the media hypertrophic response and the microvasculation leading oxidative stress and inflammation. Then we aimed to define the consequences of volume overload (moderate exercise training in males or pregnancy in female Notch3-/- mice). The Notch3-/- males doesn’t exhibit any signs of angiogenic responses in the microvascular compartment after 5 weeks of exercise training, however this protocol had positive effect on the basal hypertrophy. In parallel, female Notch3-/- mice exhibited the same arteriolar defect as males, without ventricular hypertrophy, suggesting a better adaptation. The post-partum hearts showed a microvascular adaptation in these mice. While cardiac status in post-partum is characterized by an anti-angiogenic environment leading to a physiological hypertrophy regression, these signaling pathways didn’t seem to be active in the Notch3-/- mice. These results showed that Notch3 signaling pathway was necessary to the adaptive coronary network response to pressure or volume overload.

La fonction cardiaque est finement régulée par des hormones de type monoamines qui constituent des régulateurs cruciaux de l’activité cardiaque (chronotropie et inotropie). Ces hormones dérivées d’acides aminés aromatiques comprenant les catécholamines et la sérotonine maintiennent l’activité du myocarde dans un cadre physiologique tout en lui permettant de s’adapter aux contraintes environnementales. Les récepteurs cellulaires des monoamines sont couplés à des voies de signalisation qui impliquent un nucléotide cyclique, l’AMPc, et modulent la contractilité des cardiomyocytes par l’intermédiaire de multiples phosphorylations des protéines régulatrices du cycle du calcium (canal calcique de type L, RyR2 ou phospholamban) par la protéine kinase A AMPc-dépendante. Lorsque les monoamines voient leurs activités dérégulées en contextes pathologiques tels que l’insuffisance cardiaque (IC) ou un lors d'un traitement antidépresseur, elles conduisent à une hyperstimulation de leurs récepteurs spécifiques. Cette dernière altère alors les voies impliquant l’AMPc et les flux calciques engendrant des évènements ectopiques proarythmogéniques nommés post-dépolarisations. Ces dysfonctions de la contractilité cellulaire et de l'homéostasie calcique peuvent être à l’origine d’arythmies tissulaires et de morts subites cardiaques. Les altérations de l’homéostasie calcique subsistent en dépit des approches thérapeutiques actuelles (!-bloquants, inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine) qui vise à freiner le remodelage myocardique post-ischémique et constituent donc une cible active de la recherche cardiovasculaire. Les Rycals, stabilisateurs pharmacologiques du RyR2, représentent une nouvelle approche visant à remédier à ces altérations. Au sein de ces travaux de recherche, nous avons axé nos études sur les deux voies monoaminergiques AMPc cardiaques majeures, les voies adrénergiques et sérotoninergiques. Un premier axe d’étude a consisté en l’évaluation des bénéfices potentiels d’un nouveau Rycal, le S44121, sur la survenue d’arythmies cellulaires et tissulaires en comparaison d’un !-bloquant de référence, le métoprolol, dans un contexte d’IC post-infarctus chez le rat. L’étude n’a cependant pas mise en évidence de bénéfices du S44121 mais a confirmé la cardioprotection exercée par le métoprolol. Un deuxième axe d’étude a évalué l’implication potentielle au niveau cardiaque de la protéine S100A10 dans la modulation de la voie du récepteur à la sérotonine de type 4 (5-HT4R) en conditions physiologiques ou en contexte d’IC. Cette étude originale a mis en avant pour la première fois dans le coeur sain un rôle de la S100A10 dans l’apparition d’une voie 5-HT4R proarythmogène lorsque son expression est induite par une neurotrophine (Brain-derived neurotrophic factor) ou un antidépresseur (imipramine). En revanche, le rôle de la S100A10 dans la modulation de la voie 5-HT4R en contexte d’IC n’a pas été déterminé de façon certaine. / Cardiac function is tightly regulated by hormones such as monoamines which are substantial modulators of cardiac activity (chronotropy and inotropy). These hormones, derived from aromatic amino acids, maintain myocardial activity in a physiological range and allow the cardiac adaptation to environmental conditions. The cellular receptors to monoamines are coupled to signaling pathways involving a cyclic nucleotide, cAMP, and modulate cardiac activity by phosphorylating several key proteins of calcium handling (L-type calcium channel, RyR2 or phospholamban) by the cAMP-dependent protein kinase A. Deregulation of monoamines in pathological conditions such as heart failure (HF) or during antidepressanttreatment leads to a hyperstimulation of their specific receptors. It therefore induces alterations of the cAMP signaling pathway and calcium handling leading to the occurrence of proarrhythmogenic ectopic cellular events known as afterdepolarizations. These dysfunctions in cellular contractility and calcium handling may cause tissue arrhythmias andeven sudden cardiac death. Calcium handling alterations leading to cardiac arrhythmias remain a clinically relevant issue despite the current therapeutical approaches (!-blockers, angiotensin-converting-enzyme inhibitors) which slow the post-ischemic myocardial remodeling and thus represent an active target in the cardiovascular research field. Rycals, RyR2 pharmacological stabilisers, are a new approach to prevent these alterations. In this work, we focused on the two major monoaminergic cAMP-dependent pathways in the heart, the adrenergic and serotoninergic pathways. In the first part of this work, we aimed to evaluate the potential benefits of a new Rycal, S44121, on cellular and tissue arrhythmias occurrence in post-myocardial infarction rat model. These effects were compared to those of the well-known !-blocker, metoprolol. This study failed to show any strong benefit of S44121 but confirmed the cardioprotection associated with the metoprolol use. In a second part of the work presented here, we aimed to evaluate the potential involvement of the S100A10 protein in the modulation of the cardiac serotonin receptor 4 pathway (5-HT4R) in physiological conditions or during HF. This original study unraveled for the first time a new role for S100A10 in the healthy heart by revealing a functional 5-HT4R pathway when S100A10 expression is induced by neurotrophins such as brain-derived neurotrophic factor or by antidepressant drugs such as imipramine. However, we failed to conclude on a direct evidence for a role of S100A10 in the modulation of the 5-HT4R pathway in the failingheart.

L'insuffisance cardiaque (IC) est une maladie dont la prévalence est élevée, cette prévalence augmente avec l'âge. La découverte de la maladie se fait le plus souvent lors d'un épisode de décompensation (ou insuffisance) cardiaque aiguë (ICA). L'ICA est très fréquente chez les sujets âgés et est caractérisée par des difficultés diagnostiques quand le patient est admis avec une dyspnée aiguë. L'apport de biomarqueurs plasmatiques tels que le BNP ou le NT-proBNP a été majeur pour le diagnostic de l'ICA. La décompensation cardiaque aiguë est suivie d'un taux de réhospitalisations et d'une mortalité très élevés. Les objectifs de la thèse était 1- de préciser l'épidémiologie de l'ICA en France lors d'un observatoire d'une journée des hospitalisations pour ICA dans 170 hôpitaux français (OFICA), 2- d'identifier la puissance diagnostiques et pronostiques des peptides natriurétiques lors de l'ICA, 3-de définir l'importance des modifications post-transcriptionnelles de ces PNs lors de l'ICA, 4- de rechercher de nouveaux biomarqueurs.La comparaison des propriétés diagnostiques et pronostiques des peptides natriurétiques révèle que les 4 peptides natriurétiques commercialement accessibles (BNP, NT-proBNP, proBNP et MR-proANP) ont des qualités diagnostiques et pronostiques globalement très similaires. Néanmoins, proBNP et BNP semblent meilleurs pour le diagnostic tandis que MR-proANP apparaît meilleur pour son association avec la mortalité à 5 ans.Parmi les modifications post-transcriptionnelles du BNP, nous avons étudié l'impact de la glycosylation du pro-BNP. La O glycosylation en 71 inactive proBNP, qui est libéré hors de la cellule sans action préalable des enzymes de « cleavage » la corine ou la furine. En revanche, le proBNP non-glycosylé est scindé en BNP et NT-proBNP par la corine ou la furine. Nous avons pu montrer que la non-glycosylation du proBNP et l'activation de la furine étaient deux mécanismes très importants d'accélération de la production de peptides natriurétiques lors de l'ICA. On a pu également montrer que la production du NT-proBNP était beaucoup plus liée au niveau glycosylation du proBNP que ne l'est la production de BNP. Ainsi, nos résultats suggèrent fortement d'utiliser le NT-proBNP pour toute étude future souhaitant explorer le concept de « biomarker-guided therapy » dans l'ICA.Pour la recherche de nouveaux biomarqueurs, nous avons exploré 1-la concentration plasmatique de 5 microRNAs (miR-l/-21/-23/-126/-423-5p), chez des patients avec dyspnée aiguë. Aucun de ces miR n'a de valeur diagnostique, en revanche, le miR-423-5p apparaît être un marqueur pronostique de réhospitalisation à un an ; 2-les conséquences de la congestion cardiaque sur le foie. Les marqueurs hépatiques étudiés étaient la phosphatase alcaline et les transaminases : les marqueurs de la cholestase étaient associés à une congestion hépatique tandis que ceux de la nécrose cellulaires (transaminases) étaient liés à l'hypotension artérielle et au bas débit cardiaque. L'augmentation des transaminases a été associée à divers critères dont une surmortalité à court terme / Heart failure (HF) is highly prevalent disease, and prevalence increases with age. HF is generally discovered on presentation of an acute episode of decompensation (or insufficiency). Acute decompensated heart failure (ADHF) is very frequent in elderly subjects and is difficult to diagnose when the patient is admitted with acute dyspnoea. The advent of plasma biomarkers, such as BNP or NT-proBNP represents a major advancement in the diagnostic of ADHF. ADHF leads to high rates of re-admission and mortality. The objectives of this doctoral thesis were: (1) to describe the epidemiology of ADHF in France in a one-day observational study of admissions for ADHF in 170 French hospitals; (2) to evaluate the prognostic and diagnostic value of natriuretic peptides (NPs) in ADHF; (3) to describe the extent of post-transcriptional modifications in these NPs in ADHF; and (4) to search for new biomarkers.The comparison of the prognostic and diagnostic properties of NPs showed that the 4 commercially available NPs (namely BNP, NT-proBNP, proBNP and MR-proANP) overall have very similar prognostic and diagnostic abilities. However, proBNP and BNP seem to be more useful for diagnosis, while MR-proANP appears to be better for the association with 5-year mortality.Amongthe post-transcriptional modifications of BNP, we studied the impact of glycosylation of pro¬BNP. Threonin 71 0-glycosylation prevents cleavage of proBNP into BNP and NT-proBNP, resulting in the release of proBNP from the cell without being cleaved. Conversely, non-glycosylated proBNP is cleaved into BNP and NT-proBNP by corin or furin. We showed that non-glycosylation of proBNP and activation of furin are two important mechanisms in the acceleration of production of NPs during ADHF. We also showed that production of NT-proBNP was more closely linked to the rate of glycosylation of proBNP than to the production of BNP. Thus, our results strongly suggest that NT-proBNP should be used in future studies exploring the concept of "biomarker-guided therapy" in ADHF.To investigate new biomarkers, we explored plasma concentrations of 5 microRNAs (miR-l/-21/-23/-126/-423-5p), in patients with acute dyspnoea. None of these microRNAs were shown to have any diagnostic value. Conversely, miR-423-5p appears to be a prognostic marker for re-admission at 1 year. Secondly, we investigated the consequences of cardiac congestion on the liver. The hepatic markers studied were alkaline phosphatise and transaminases. Markers of cholestasis were associated with hepatic congestive while markers of cellular necrosis (transaminases) were related to arterial hypertension and low cardiac output. An increase in transaminases was associated with various criteria of excess mortality in the short term

Outre son role majeur dans la resistance cellulaire au stress oxydant, le tripeptide glutathion (L-ƒÁ glutamyl- cysteinyl-glycine) est essentiel a la survie cellulaire. Un deficit en glutathion, associe a un stress oxydant, est un trait commun a plusieurs maladies chroniques inflammatoires et degeneratives. Dans le cadre de ces differentes pathologies, plusieurs etudes ont montre que la prise orale de N-acetylcysteine (NAC), un precurseur de glutathion, ameliorait l'etat des patients. Le stress oxydant et l'inflammation sont deux caracteristiques principales de l'insuffisance cardiaque et des dystrophies musculaires. Nous avons pose l'hypothese d'un deficit en glutathion dans ces maladies et les benefices possibles d'un traitement par le NAC. Dans le modele du rat developpant une insuffisance cardiaque post-infarctus, nous montrons qu'il existe un deficit en glutathion tissulaire. Un mois de traitement oral par le NAC, donne en curatif post-infarctus, restaure le taux de glutathion cardiaque, reduit le stress oxydant, et interrompt le cycle vicieux inflammation/mort cellulaire, TNF/TNF-R1/NSMase/ caspase-3/apoptose. Un deficit en glutathion systemique et tissulaire caracterise aussi les souris LmnaH222P/H222P de 6-7 mois developpant une cardiomyopathie dilatee, modele de la cardiomyopathie associee a la dystrophie musculaire dfEmery Dreifuss. Un mois de traitement oral par le NAC reduit chez les souris de 7 mois la dilatation ventriculaire gauche et la dysfonction contractile, limite la progression de la fibrose cardiaque et lfinflammation. Ceci est associe a une repletion en glutathion et une normalisation de l'expression des enzymes du metabolisme du glutathion, a une diminution du stress oxydant et de l'expression du TNF. Une premiere etude chez les patients de chirurgie cardiaque (n=91) nous a permis de mettre en evidence que : d'une part, il existait un deficit en glutathion auriculaire chez les patients de la classe NYHA IV compares aux patients de la classe NYHA I. D'autre part, les patients asymptomatiques (classe NYHA I) presentaient un deficit en glutathion sanguin, compares aux individus sains, aggrave chez les patients symptomatiques (classes NYHA II a IV). Le deficit en glutathion sanguin chez les patients asymptomatiques precede lfelevation du taux sanguin de TNFR1, un marqueur standard du degre de severite de l'insuffisance cardiaque. Une seconde etude, chez des patients porteurs dfune mutation de la lamine (n=28) et susceptibles de developper une cardiomyopathie dilatee d'Emery Dreifuss, montre que certains de ces patients presentent un deficit en glutathion sanguin, associe chez un seul de ces patients a un taux eleve de TNFR1. L'analyse comparee des donnees biochimiques et cliniques est en cours. Les souris DMDmdx4cv sont un modele experimental de la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), mais ne developpent que tardivement la maladie cardiaque. Nous observons une augmentation du taux du glutathion systemique chez les souris de plus de 10 semaines. Un traitement oral avec un inhibiteur de synthese du glutathion a faible dose, le Lbuthionine sulfoximine (5 mM BSO), ramene le taux de glutathion systemique chez la souris DMDmdx4cv au taux chez la souris sauvage, mais provoque des alterations des cardiomyocytes identifiees par immunohistochimie, des micronecroses, des anomalies de capillaires et des anomalies mitochondriales observees en microscopie electronique. En conclusion, le deficit en glutathion est un evenement precoce et durable au cours de l'insuffisance cardiaque, d'origine ischemique ou genetique. Les perspectives offertes par ces resultats sont: 1) le test du glutathion sanguin pour le depistage de sujets asymptomatiques a risque; 2) l'indication de NAC aux patients cardiaques, en complement du traitement courant / The tripeptide glutathione (L-? -glutamyl-cysteinyl-glycine) does not only play a major in cellular resistance to oxidative stress, but is also essential to cell survival. A deficit in glutathione, associated with oxidative stress, is a common hallmark of several chronic inflammatory and neurodegenerative diseases. In different examples, several studies reported that oral treatment with N-acetylcysteine (NAC), a glutathione precursor, improved patient status. Oxidative stress and inflammation are two main characteristics of heart failure (HF) and muscular dystrophy. We hypothesized that glutathione deficiency occurred in these diseases and that treatment with NAC might be beneficial. In post-myocardial infarction (MI) rats, with established chronic HF, we show that cardiac tissue is depleted in glutathione. Curative 1-month oral NAC treatment replenishes cardiac tissue glutathione, reduces oxidative stress and disrupts the vicious inflammation/cell death, TNF/TNF-R1/N-SMase/ caspase-3/ apoptosis cycle. Deficit in serum and cardiac glutathione also characterize 6- to 7-month old LmnaH222P/H222P mice with dilated cardiomyopathy (DCM), a model of the cardiomyopathy associated with Emery Dreifuss muscular dystrophy (EDMD), One-month oral NAC treatment reduces left ventricular dilation and contractile dysfunction, limits the progression of cardiac fibrosis and inflammation in 7-month old LmnaH222P/H222P mice. This is associated with glutathione repletion and normalization of glutathione metabolism enzymes, and reduction of oxidative stress and TNF expression. In a first study in cardiac surgery patients (n=91) we show that: on the one hand, atrial glutathione is depleted in patients of NYHA class IV compared with asymptomatic patients of NYHA class I. On the other hand, asymptomatic patients of NYHA class display a deficiency in blood glutathione compared with healthy controls that worsens in asymptomatic patients of NYHA class II-IV. Blood glutathione deficiency in asymptomatic patients precedes elevation of blood TNFR1, a standard marker of HF severity. A second study, in patients with lamin mutation (n=28), prone to develop an Emery Dreifuss DCM, shows that a number of patients display blood glutathione deficiency, with one patient having a high blood TNFR1 level. Analysis of clinical data is underway. DMDmdx4cv mice are an experimental model of Duchenne muscular dystrophy. We observe an increase in blood glutathione in 10-week-old mice and older. Oral treatment with a low dose of L-buthionine sulfoximine (5 mM BSO), an inhibitor of glutathione synthesis, resumes blood glutathione in DMDmdx4cv mice to the control value in WT mice, but produces alterations in cardiomyocytes identified by immunohistochemistry and micronecrosis, capillary and mitochondrial abnormalities observed by electronic microscopy. In conclusion, glutathione deficiency is an early and lasting event in ischemic or genetically-linked HF. These results pave the way for two possible applications: 1) blood glutathione test for the screening of asymptomatic individuals at risk for HF; 2) NAC indication to cardiac patients in addition to current treatment

L'insuffisance cardiaque (IC) est l'évolution terminale de nombreuses pathologies cardiaques, notamment de l'infarctus du myocarde (IDM). Elle se caractérise par la mort des cellules contractiles du cœur, les cardiomyocytes (CMs), et par l'incapacité des CMs survivants à régénérer le tissu lésé. Les thérapeutiques disponibles ralentissent sans toutefois stopper la progression de l'IC, expliquant l'émergence du concept de régénération tissulaire pour restaurer la fonction du cœur. Dans ce domaine, la thérapie cellulaire par injection de cellules exogènes (souches/progénitrices) dans le myocarde représente l'approche la plus conventionnelle. Malgré des résultats expérimentaux prometteurs, l'efficacité de cette stratégie reste encore mal établie en clinique. Ainsi, identifier de nouvelles voies thérapeutiques s'avère essentiel en médecine régénérative cardiaque. Jusqu'à récemment, les CMs survivant à l'IDM ont été ignorés en régénération cardiaque car considérés comme bloqués dans un état post-mitotique. Or, des études récentes ont montré que ces CMs adultes différenciés résidents sont dotés d'un potentiel naturel faible de prolifération qu'il est possible de stimuler afin de régénérer le tissu lésé. L'enjeu est maintenant d'identifier les mécanismes moléculaires naturels bloquant la prolifération du CM en vue d'une modulation en thérapeutique et a constitué le contexte de mon travail de thèse. Dans ce contexte, l'équipe a récemment identifié Ephrine-B1 comme nouvelle protéine spécifique de la membrane latérale (ML) du CM stabilisant la morphologie en brique du CM adulte et la cohésion du tissu cardiaque. De façon inattendue, au cours de mon travail de doctorat, nous avons montré, grâce à de multiples approches in vitro et in vivo, que la délétion d'Ephrine-B1 (souris KO ou thérapie génique avec interférence à l'ARN) confère au CM adulte un potentiel de prolifération important (~ 15%), mobilisé uniquement en situation de stress cardiaque (vieillissement, apectomie adulte ou IDM) et permettant la régénération cardiaque. Ephrine-B1 apparaît donc comme une cible prometteuse en médecine régénératrice cardiaque. [...] / Heart failure (HF) is the convergent evolution of many cardiac diseases, particularly myocardial infarction (MI). At the tissue level, HF is characterized by the death of cardiac contractile cells, the cardiomyocytes (CMs), and by the incapability of survivor CMs to regenerate the damaged tissue. Various pharmacological therapies have proven to slow HF progression but not to block it. Thus, major efforts have been developed in regenerative cardiac medicine to repair the scar tissue of failing heart to restore the function. In this context, cardiac cell therapy (injection of exogenous stem/progenitor cells) has been one of the more promising approaches. Besides its encouraging results in laboratories, its clinical benefit still remains elusive. Thus, there is an urgent need for identifying new therapeutic strategies for cardiac regenerative medicine. Until now, surviving resident CMs to MI have been ignored in cardiac regeneration since considered in a post-mitotic state, unable to proliferate. However, recent studies demonstrated that adult differentiated CMs can naturally proliferate but at low rate and that it is possible to stimulate this potential to regenerate the damaged tissue. The issue remains now to identify the natural molecular mechanisms involved in the post-mitotic blockage of adult CMs and has constituted my main thesis project. In this context, the team has recently identified Ephrin-B1 as a new specific protein of the CM lateral membrane (LM),stabilizing the adult CM rod-shape and the overall cardiac tissue cohesion. Surprisingly, during my thesis, we demonstrated, based on multiple in vitro and in vivo approaches, that Ephrin-B1 deletion (KO mice or RNA-interference based-gene therapy) confers an important proliferative potential to the adult CM. Interestingly, this potential is only mobilized under cardiac stress (aging, adult apectomy or MI). Thus, Ephrin-B1 deletion in CMs leads to substantial cardiac regeneration through their proliferation. Ephrin-B1 appears as a promising target for cardiac regenerative medicine. [...]

Contexte : Le lien entre insuffisance cardiaque et obésité n’est pas clairement établi, et les mécanismes mis en jeu le sont encore moins.Objectif : Confirmer l’existence de la cardiopathie métabolique et explorer ses mécanismes physiopathologiques par mise au point de modèles de souris associés à des techniques de modulations.Méthode : Etablissement d’un modèle de souris sauvages (WT, C57/BL6J, mâle) soumises à un régime riche en graisse (60% de graisse, HFD), associé à des techniques de modulation comme l’exercice (natation) et l’ablation de la graisse viscérale. Utilisation de souris déficientes pour le gène de l’ostéopontine (voie de la sénescence). Analyse des effets du régime HFD sur le tissu adipeux et ses fonctions métaboliques, et sur le myocarde et sa contractilité. Analyse en parallèle des effets du vieillissement physiologique chez les souris WT et déficientes sur ces mêmes paramètres. Recherche d’un lien entre dysfonction du tissu adipeux et dysfonction cardiaque au travers de l’exploration des voies de la sénescence, notamment celle de l’ostéopontine.Résultats : Nous avons tout d’abord confirmé l’existence d’une cardiopathie métabolique induite par le régime HFD. Cette cardiopathie se manifestait par un remodelage avec fibrose myocardique associé à une dysfonction systolique visible uniquement en strain rate (FEVG normale) et en hémodynamique invasive. Chez ces souris obèses, nous avons retrouvé une augmentation du taux plasmatique de marqueurs pro-fibrotiques (TGF, leptine) et une baisse des marqueurs protecteurs (adiponectine), le tout secondaire à une dysfonction du tissu adipeux qui prédominait au niveau viscéral. En parallèle, nous avons observé une fibrose myocardique avec dysfonction systolique au cours du vieillissement physiologique, elle-même associée à une augmentation de la production d’ostéopontine par le tissu adipeux viscéral. D’ailleurs, les souris déficientes pour le gène de l’ostéopontine étaient protégées de la sénescence cardiaque. L’ablation de la graisse viscérale et l’utilisation de drogues inhibant l’ostéopontine chez les souris WT protégeaient également de la sénescence cardiaque ce qui confirmait le rôle du tissu adipeux dans ce processus via la production d’ostéopontine. Enfin, des résultats préliminaires chez les souris HFD montraient également un effet protecteur de l’ablation de la graisse viscérale vis-à-vis de la dysfonction cardiaque.Conclusion : La cardiopathie métabolique secondaire à l’obésité est donc une entité bien réelle. Nous avons établi la preuve de concept du rôle de la sénescence du tissu adipeux viscéral dans les altérations cardiaques qui sont assimilables à un vieillissement cardiaque prématuré. L’ostéopontine est une cible thérapeutique potentielle à explorer. / Background: The link between heart failure and obesity is not clear, and the mechanisms are unknown.Objectives: To validate the existence of metabolic cardiomyopathy and to explore the underlying mechanisms using mice models and rescue technics.Method: Establish a wild type mice model (WT, C57/BL6J, male) fed with a high fat diet (60% of fat, HFD), associated with rescue technics such as exercise (swimming) or visceral fat ablation. Use of a transgenic mice model with a deletion for the Osteopontin gene (OPN, senescence pathway). Analysis of HFD consequences on the adipose tissue histology and function, on the myocardial histology and function. In addition, analysis of the effects of physiological aging on the same parameters in WT and OPN mice. Finally, explore the link between adipose tissue dysfunction and cardiac dysfunction through the senescence pathway analysis, especially the OPN pathway.Results: First, we confirmed the development of a metabolic cardiomyopathy in HFD mice, which was characterized by left ventricular remodeling with myocardial fibrosis associated with a systolic dysfunction detected only by strain rate (normal LVEF) and in-vivo hemodynamic technics. In addition, we observed in the plasma of HFD mice an increase in pro-fibrotic markers (TGF, leptin) and a decrease in protective markers (adiponectine), which was related to a visceral adipose tissue dysfunction. We also observed a myocardial fibrosis with systolic dysfunction during physiological aging associated with an increased release of osteopontin from the visceral adipose tissue. Moreover, OPN ko mice were protected from cardiac senescence. The surgical removal of the visceral adipose tissue and the use of OPN inhibitors in WT mice also protected from cardiac senescence, which corroborated the role of the adipose tissue and its OPN production in the aging process. Finally, preliminary results on HFD mice showed a cardiac protection from visceral adipose tissue removal.Conclusion: The metabolic cardiomyopathy is a real entity, in which our data establish the proof-of –concept that adipose tissue senescence plays a key role in cardiac alteration that may be considered as premature cardiac aging. OPN may constitute a promising therapeutic target.