Malgré le bénéfice observé par de nouvelles thérapeutiques, le devenir des patients hospitalisés pour une insuffisance cardiaque aigue (ICA) reste sombre. Ce pronostic péjoratif est en partie influencé par la survenue fréquente d’événements thrombotiques qui sont à parfois directement à l’origine du décès des patients. Les mécanismes physiopathologiques de cette hypercoagulabilité pourraient être considérés comme des cibles thérapeutiques d’intérêt. L’objectif de ce travail est de démontrer qu’une défaillance des systèmes biologiques contrôlant la thrombose est impliquée dans la physiopathologie de l’ICA. Notre travail met en évidence la présence d’une hypercoagulabilité de ces patients qui se caractérise par une génération de thrombine exagérée pendant la phase aigüe de la décompensation cardiaque et qui se normalise ensuite à distance. Cette élévation de la génération de thrombine est la conséquence d’une augmentation du nombre de microparticules procoagulantes circulantes et d’une altération de l'activité d’un système naturel anticoagulant représenté par la voie de la protéine C / Acute heart failure (AHF) is a syndrome with an increasing prevalence and a high mortality whose management is challenging given the incomplete understanding of its pathophysiology. This doomed prognosis is partly influenced by thromboembolic events and is often the cause of death. The present study demonstrates a significant shift towards a prothrombotic biological profile at the acute phase of decompensated heart failure. Using a comprehensive exploration of the dynamics of thrombin generation and inhibition, we found an increased overall thrombin-generating capacity in AHF patients during hospital course. Both increased in circulating procoagulant microparticles and impairment in the downregulation of thrombin generation by the anticoagulant C protein pathway represent mechanisms contributing to this hypercoagulable state in AHF

La dyspnée aigue due à une congestion pulmonaire dans le cadre d’une insuffisance cardiaque aiguë (ICA) est un motif d’admission fréquent aux Urgences. Actuellement, l’ICA est deux fois plus fréquente et est associée à un risque deux fois plus élevé de décès (8%) que les syndromes coronariens aigus (SCA). La prise en charge en pré hospitalier et aux urgences est devenue une étape clé du parcours de soin de ces patients. Ces dernières années ont vu émerger de nouveaux paradigmes autour de la prise en charge de l’ICA mettant en perspective la complexité de cette pathologie. On parle désormais de syndrome d’insuffisance cardiaque aiguë (SICA), terminologie qui souligne la pluralité des situations cliniques et la diversité des profils congestifs. Cependant, l’évaluation de la répartition de la congestion au cours d’un SICA, même s’il existe peu de données sur ce sujet, est actuellement principalement faite sur des arguments cliniques ; l’échographie pulmonaire et l’estimation du volume plasmatique (ePVS, basé sur un calcul intégrant hémoglobine et hématocrite) pourraient permettre de mieux préciser les profils congestifs. Plusieurs études rapportent que la rapidité et l’exactitude du diagnostic étiologique de dyspnée aigue sont associées au pronostic des patients. Malgré l’existence d’outils diagnostiques (biomarqueurs, examens de radiologie), l’incertitude quant au diagnostic étiologique reste importante dans le contexte d’un service d’urgence, ce qui rend difficile la diminution du « Time to therapy » promue par les recommandations de la société européenne de cardiologie 2016. Les objectifs de notre travail étaient d’identifier des profils de congestion distincts d’insuffisance cardiaque aigue, de préciser la valeur diagnostique et pronostique de ces profils dans le contexte d’une dyspnée aigue, et de déterminer si l’effet thérapeutique des modalités de prise en charge initiale en urgence est dépendant de ces profils congestifs. Dans le cadre de notre travail, nous avons pu montrer sur la base des analyses réalisées dans la cohorte DeFSSICA que les outils permettant de mieux préciser le profil congestif des patients (notamment l’échographie pulmonaire et l’ePVS) sont peu utilisés aux urgences. Dans un deuxième travail, nous avons montré sur la cohorte PARADISE (NCT02800122) – conçue dans le cadre de ce doctorat, que l’altération de fonction rénale, l’hyponatrémie et la dysglycémie sont associée de façon significative au pronostic des patients atteints de dyspnée aigue. Dans un troisième travail, nous avons montré que le volume plasmatique estimé est un outil diagnostique performant de SICA et qu’un niveau plus important de congestion évaluée par l’ePVS est associé à une mortalité intra-hospitalière des patients admis pour dyspnée aigue plus élevée. Notre travail a aussi permis de concevoir et démarrer l’étude PURPLE (Pathway and Urgent caRe of dyspneic Patient at the emergency department in LorrainE district – NCT NCT03194243) qui collecte les données cliniques et paracliniques des patients admis pour dyspnée aigue aux urgences de façon prospective dans la région Lorraine. Par ailleurs, ce travail de thèse a aussi permis de concevoir et faire financer le projet EMERALD-US (Evaluation de la faisabilité de la Mise en œuvre et de la performance d’un algorithme d’EchogRraphie Aux urgences pour Le diagnostic de Dyspnée aigue-UltraSound) qui vise à valider un algorithme spécifique aux urgences utilisant l’échographie pulmonaire, cardiaque et vasculaire pour le diagnostic étiologique de dyspnée aigue / Acute dyspnea due to pulmonary congestion in acute heart failure (AHF) is a common reason for admission to the ER. Currently, AHF is twice as common and associated with a twofold higher risk of death (8%) than acute coronary syndromes (ACS). Pre-hospital and emergency care has become the cornerstone of care of these patients. In recent years, new paradigms have emerged surrounding AHF management, highlighting the complexity of this disease. Hence the use of the term acute heart failure syndrome (AHFS), a terminology underscoring the plurality of clinical situations and the diversity of congestive profiles. However, the assessment of congestion distribution during an AHFS is currently predominantly based on clinical arguments in spite of limited data. Alternatively, lung ultrasound (LUS) and estimation of plasma volume (ePVS, based on hemoglobin and hematocrit) could allow for a better assessment of congestive profiles. Several studies report that the rapid and accurate etiological diagnosis of acute dyspnea is associated with prognosis. Despite the availability of diagnostic tools including clinical exam, biomarkers and radiology, there is still considerable uncertainty regarding etiological diagnosis in the emergency department (ED) setting, hence rendering it difficult in reducing the « Time to therapy » advocated by the recommendations of the European Cardiology Society 2016 for AHF. The objectives of the present work were to identify distinct congestion profiles of AHF, to clarify the diagnostic and prognostic value of these profiles in the context of acute dyspnea, and to determine whether the therapeutic effect of initial emergency management modalities is dependent on these congestive profiles. In the course of our work, we were able to demonstrate in the DeFSSICA cohort that the tools allowing a better assessment of the patient's congestive profile (particularly LUS and ePVS) are rarely used in ED. In a second study, we showed in the PARADISE cohort (NCT02800122) - designed as part of this PhD research project - that impaired renal function, hyponatremia and dysglycemia are significantly associated with prognosis in patients with acute dyspnea. In a third study, we showed that the ePVS is an effective AHF diagnostic tool and that a higher congestion level assessed by ePVS is associated with higher in-hospital mortality of patients admitted for acute dyspnea. Our work also enabled us to design and initiate the PURPLE (Pathway and Urgent caRe of dyspneic Patients at the emergency department in LorrainE district - NCT03194243) study, which collects clinical and paraclinical data of patients admitted for acute dyspnea on a prospective basis. Lastly, this PhD research project enabled designing and obtain funding for the EMERALD-US project (Evaluation of the feasibility of implementing and performance of an Emergency Echography algorithm for the diagnosis of Acute Dyspnea-UltraSound) which aims to validate an original algorithm specific to emergency situations using lung, cardiac and vascular ultrasound for the etiological diagnosis of acute dyspnea

L’insuffisance cardiaque (IC) est un problème majeur de santé publique. La pénurie des greffons cardiaques et la résistance de nombreux patients aux traitements conventionnels ont poussé les chercheurs à développer de nouvelles thérapeutiques dont la thérapie cellulaire. Bien que l’idée initiale de la thérapie cellulaire ait été de repeupler la partie nécrosée du cœur par l’administration de cellules viables et fonctionnelles, leur disparition rapide alors que les bénéfices perdurent dans le temps a conduit à l’hypothèse que les cellules agiraient via un mécanisme paracrine. Les vésicules extracellulaires (VE), incluant les exosomes et les microparticules, seraient principalement impliquées dans ce processus. Elles agiraient ainsi comme de véritables navettes transportant des biomolécules actives permettant d’activer des voies de réparation endogènes dans le tissu traité. Ce projet de thèse a pu mettre en évidence : 1) La non-infériorité des VE issues de progéniteurs cardiovasculaires (Pg) dérivés de cellules souches embryonnaires humaines par rapport à leurs cellules d’origine dans un modèle murin d’IC chronique (ICC). Ces VE activeraient des voies de signalisation endogènes impliquées dans la stimulation de la prolifération cellulaire, la survie cellulaire, la réparation de l’ADN et la diminution de la fibrose. Leur contenu moléculaire spécifique, et notamment les microARN, pourrait être impliqué dans ces phénomènes. 2) L’importance du choix du type cellulaire dans la production de VE efficaces sur le plan thérapeutique puisque ni les VE dérivées de cardiomyocytes matures ni celles de cellules souches mésenchymateuses n’ont eu d’effets bénéfiques sur la fonction cardiaque de souris en ICC. 3) L’implication des VE dans l’effet paracrine des cellules, confirmée par l’amélioration de la fonction cardiaque chez des souris présentant une ICC traitées avec des VE issues de Pg dérivés d’iPS. Des tests fonctionnels in vitro ont montré que les VE auraient un rôle pro-angiogénique, pro-prolifératif et amélioreraient la survie des cellules. Une thérapie a-cellulaire aurait une réelle pertinence clinique en réglant une partie des problèmes techniques, immunologiques et sécuritaires associés aux greffes de cellules. Si cette hypothèse est confirmée, il pourrait en résulter une simplification des problèmes réglementaires, une diminution des coûts de production et de ce fait une plus grande diffusion clinique de la méthode. / Heart failure (HF) is a major public health concern. The lack of donor hearts and the resistance of numerous patients to conventional treatments has led scientists to develop new therapies such as cell therapy. The initial goal of cell therapy was to repopulate the infarcted heart by directly injecting viable and functional cells. However, the rapid disappearance of the transplanted cells contrasts with their long term, ongoing functional benefits, suggesting that cells may act through a paracrine mechanism. Extracellular vesicles (EV), including exosomes and microparticles, may be key to this process, acting as shuttles to transport bioactive macromolecules that stimulate endogenous repair pathways in the host tissue. This PhD project demonstrates: 1) The non-inferiority of EV secreted by cardiovascular progenitors (Pg) derived from human embryonic stem cells as compared to their parent cells in a mouse model of chronic HF (CHF). These EV could act by the activation of endogenous signaling pathways implicated in cell proliferation, survival, DNA repair and decreased fibrosis. Their specific content, such as miRNA, could be involved in these benefits. 2) The importance of the cell type in the production of therapeutically effective EV, since EV derived from mature cardiomyocytes and mesenchymal stem cells did not improve cardiac function in mice with CHF. 3) The importance of EV in paracrine effects of cells, confirmed by the improvement of cardiac function in mice with CHF treated with EV secreted by Pg derived from iPS cells. In vitro data shows that EV might have pro-angiogenic, pro-proliferative and pro-survival effects. An acellular therapy should be clinically relevant by reducing technical, immunological and safety problems associated with cell transplantation. If this hypothesis is confirmed, regulatory concerns would be simplified and production costs reduced, facilitating large-scale production.

L'AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. Leurs niveaux sont régulés par l’adénylate cyclase et la guanylate cyclase, respectivement, et par les phosphodiestérases (PDEs). Cependant, une telle régulation est altérée dans l'insuffisance cardiaque (IC). En effet, la diminution de la signalisation de l’AMPc et l’augmentation de celle du GMPc est caractéristique des cœurs défaillants.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 a la particularité d'être stimulée par le GMPc, conduisant ainsi à une augmentation remarquable de l'hydrolyse de l'AMPc. Ceci semble induire une interaction entre les voies de signalisation de l’AMPc et du GMPc. Cependant, le rôle de la PDE2 dans le cœur défaillant est très peu connu.Dans ce contexte, nous avons examiné si la PDE2 cardiaque est modifiée dans l’IC chez l’Homme et chez les modèles animaux d’IC, et déterminé le rôle de la PDE2 dans la signalisation β-adrénergique dans les cardiomyocytes. Grâce à l’utilisation de Western blot, de technique radioenzymatique, d’imagerie basée sur le FRET, de la planimétrie, de la microscopie à épifluorescence et des mesures du courant calcique de type L, réalisés sur les tissus myocardiques humains et/ou dans des cardiomyocytes isolés de cœurs des modèles animaux d’IC, respectivement, nous avons montré que l’expression et l’activité de la PDE2 sont augmentées dans les cœurs défaillants. Cette augmentation réduit l’effet d’une stimulation β-adrénergique aiguë, contribuant à la désensibilisation β-adrénergique observée dans l’IC. En accord avec ces résultats, la surexpression de la PDE2 dans des cardiomyocytes sains, réduit l’augmentation des taux d'AMPc et l’amplitude du courant ICa,L et abolit l'effet inotrope positif suite à une stimulation β-adrénergique aiguë, sans affecter la contractilité basale. Plus important, les cardiomyocytes surexprimant la PDE2, montrent une protection contre les réponses hypertrophiques induites par la noradrénaline et contre les arythmies induites par l'isoprotérénol.En conclusion, ce travail met en évidence l'altération de la PDE2 dans l’IC et nous laisse suggérer que l’augmentation de la PDE2 dans l’IC peut constituer un mécanisme de défense important dans des conditions de stress cardiaque, notamment en antagonisant la suractivation de la voie β-adrénergique. Ainsi, l'activation de PDE2 myocardique peut représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique intracellulaire dans l’IC. / Cyclic AMP (cAMP) and cyclic GMP (cGMP) are critical second messengers for the regulation of cardiac function. Their levels are regulated by adenylyl and guanylyl cyclases, respectively, and by cyclic nucleotides phosphodiesterases (PDEs). However, such regulation is altered in heart failure (HF). Indeed diminished cAMP- and augmented cGMP-signaling is characteristic of failing hearts.Among the PDE superfamily, PDE2 has the unique property to be stimulated by cGMP, thus leading to a remarkable increase in cAMP hydrolysis. This appears to mediate a negative cross-talk between cAMP- and cGMP signaling pathways. However, the role of PDE2 in the failing heart is only poorly understood.In this context, we investigated whether myocardial PDE2 is altered in human and experimental HF and determined PDE2 mediated effects on β-adrenoceptor (β-AR) signaling in cardiomyocytes. Using immunoblotting, radioenzymatic- and FRET-based assays, video-edge-detection, epifluorescent microscopy and L-type Ca2+ current measurements, performed in myocardial tissues and/or isolated cardiomyocytes from human and/or experimental HF, respectively, we showed that PDE2 is markedly upregulated in failing hearts. This reduces the effect of an acute β-adrenergic stimulation, and contributes to the β-adrenergic desensitization which is a characteristic feature in HF. Accordingly, PDE2 overexpression in healthy cardiomyocytes reduced the rise in cAMP levels and ICa,L amplitude and abolished the inotropic effect following acute β-AR stimulation, without affecting basal contractility. Importantly, PDE2-overexpressing cardiomyocytes showed marked protection from norepinephrine-induced hypertrophic responses and from isoproterenol-induced arrhythmias.In conclusion, this work highlights the alteration of PDE2 in HF and lets us assume that PDE2 upregulation in HF may constitute an important defence mechanism during cardiac stress, e.g. by antagonizing excessive β-AR drive. Thus, activating myocardial PDE2 may represent a novel intracellular anti-adrenergic therapeutic strategy in HF.

L'insuffisance cardiaque à fraction d’éjection préservée (IC/FEp) constitue un problème de santé croissant. Elle pourrait devenir la principale cause d'IC d'ici une décennie. C’est une pathologie associée à un taux élevé de morbidité et de mortalité. La prise en charge thérapeutique de l’IC/FEp reste limitée en raison de sa physiopathologie encore mal élucidée. Dans le présent travail, après avoir mis au point un modèle d’IC/FEp sur le rat adulte mâle et l’avoir caractérisé, nous avons évalué le phénotype fonctionnel et l’homéostasie calcique des cardiomyocytes. Les cœurs de ces animaux ont montré une fraction d’éjection supérieure à 50%, associée à une congestion pulmonaire, une hypertrophie concentrique avec une augmentation de la masse du ventricule gauche, une rigidité myocardique, une relaxation et un remplissage ventriculaire passif altérés et une dilatation auriculaire. Au niveau cellulaire, la contraction mesurée sur des cardiomyocytes isolés ainsi que le transitoire calcique sont augmentées. On note, de même, une surcharge en Ca2+ diastolique favorisée par une fuite à travers les canaux Ryanodine 2 et par un dysfonctionnement de l’échangeur Na+ /Ca2+ qui contribuent à générer des événements calciques spontanés. La phosphorylation du phospholamban, régulateur de l’activité de la SERCA2a, a également augmenté, laissant suggérer une compensation adaptative du cycle de Ca2+. Enfin, en présence de Ranolazine, inhibiteur du courant sodique soutenu, les évènements calciques spontanés ont été réprimés. En conclusion, le remodelage cardiaque dans l’IC/FEp semble être diffèrent de celui observé dans l’IC/FEr et ouvre la voie vers de nouveaux acteurs physiopathologiques et thérapeutiques. / Heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF) is a growing health problem. It could become the leading cause of HF within a decade. It is a pathology associated with high morbidity and mortality. Therapeutic options are limited due to a lack of knowledge of the pathology and its evolution. In this work, we investigated the cellular phenotype and Ca2+ handling in hearts recapitulating HFpEF criteria. HFpEF was induced in a portion of male Wistar rats four weeks after abdominal aortic banding. These animals had nearly normal ejection fraction and presented elevated blood pressure, lung congestion, concentric hypertrophy, increased LV mass, wall stiffness, impaired active relaxation and passive filling of the left ventricle, enlarged left atrium, and cardiomyocyte hypertrophy. Left ventricular cell contraction was stronger and the Ca2+ transient larger. Ca2+ cycling was modified with a RyR2 mediated Ca2+ leak from the sarcoplasmic reticulum and impaired Ca2+ extrusion through the Na+ /Ca2+ (NCX), which promoted an increase in diastolic Ca2+ and spontaneous Ca2+ waves. PLN phosphorylation which promotes SERCA2a activity, was increased, suggesting an adaptive compensation of Ca2+ cycling. In the presence of Ranolazine, a sustained sodium current inhibitor, spontaneous Ca2+ events were suppressed. Cardiac remodeling in hearts with a HFpEF status differs from that known for HFrEF and opens the way to new pathophysiological and therapeutic actors.

Les patients atteints de dystrophies musculaires présentent de plus en plus fréquemment des complications cardiaques, qui sont majoritairement des cardiomyopathies dilatées (CMD), et qui déterminent leur pronostic vital. Dans ce contexte, les traitements de l'atteinte cardiaque sont ceux de l'insuffisance cardiaque, qui agissent sur l'environnement fonctionnel du cœur, mais pas directement sur l'atteinte myocardique.<br /> L'objectif de cette thèse a été d'évaluer les effets d'un traitement novateur de la CMD dans les dystrophies musculaires, en utilisant le hamster de la lignée CHF147. La démarche proposée est d'induire un phénomène compensateur de la dilatation cardiaque et ainsi d'améliorer le pronostic vital, en utilisant les propriétés de l'Insulin-like Growth Factor 1 (IGF-1).<br /> Des hamsters CHF147 jeunes ont été traités pendant un temps court, de façon systémique avec la protéine recombinante IGF-1 (rhIGF-1) à faible dose. Les effets macroscopiques, histologiques et fonctionnels du traitement ont été évalués 35 jours après le début de celui-ci et les voies de signalisation impliquées dans l'induction des effets observés ont été étudiées. Une étude de survie a été réalisée afin de mesurer les effets du traitement à long terme. L'évaluation des effets à court terme de l'administration de rhIGF-1 sur la CMD du hamster CHF147 indique un ralentissement de la dilatation des cavités cardiaques ainsi que de l'extension de la fibrose myocardique, et une préservation de multiples paramètres fonctionnels, tels que le débit cardiaque, le volume d'éjection, la pression de fin de diastole et, en particulier, la contractilité myocardique. Les effets observés sont dus en partie à des modifications au niveau des protéines impliquées dans le cycle du calcium. A long terme, la survie des hamsters CHF147 traités augmente significativement d'environ 20% et est associée à une préservation partielle de la fonction cardiaque.<br />Toutefois, une augmentation du niveau sérique d'IGF-1 pourrait augmenter le risque d'effets secondaires délétères. Afin de limiter les effets systémiques d'IGF-1 et de cibler son administration au cœur, nous avons injecté localement le plasmide pCMV-IGF1 codant pour l'IGF-1 dans le myocarde des hamsters CHF147. Les effets du traitement ont été évalués après 35 jours et montrent des résultats comparables à ceux obtenus avec la protéine rhIGF-1.<br />En conclusion, ce travail de thèse a montré qu'un traitement basé sur IGF-1 permet de ralentir l'évolution de la CMD des hamsters CHF147, en préservant la structure et la fonction cardiaques, et d'améliorer significativement leur survie. IGF-1 semble donc être un candidat prometteur pour la mise au point d'une approche par thérapie génique dans l'insuffisance cardiaque, due à une CMD, dans le contexte des dystrophies musculaires.

Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine. Médecine générale : Paris 12 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 55-66.

L’inflammation: Une réponse adaptative du système immunitaire face à une insulte est aujourd’hui reconnue comme une composante essentielle à presque toutes les maladies infectieuses ou autres stimuli néfastes, tels les dommages tissulaires incluant l’infarctus du myocarde et l’insuffisance cardiaque. Dans le contexte des maladies cardiovasculaires, l’inflammation se caractérise principalement par une activation à long terme du système immunitaire, menant à une faible, mais chronique sécrétion de peptides modulateurs, appelés cytokines pro-inflammatoires. En effet, la littérature a montré à plusieurs reprises que les patients souffrant d’arythmies et de défaillance cardiaque présentent des taux élevés de cytokines pro-inflammatoires tels le facteur de nécrose tissulaire alpha (TNFα), l’interleukine 1β (IL-1β) et l’interleukine 6. De plus, ces patients souffrent souvent d’une baisse de la capacité contractile du myocarde. Le but de notre étude était donc de déterminer si un lien de cause à effet existe entre ces phénomènes et plus spécifiquement si le TNFα, l’IL-1β et l’IL-6 peuvent affecter les propriétés électriques et contractiles du cœur en modulant le courant Ca2+ de type L (ICaL) un courant ionique qui joue un rôle primordial au niveau de la phase plateau du potentiel d’action ainsi qu’au niveau du couplage excitation-contraction. Les possibles méchansimes par lesquels ces cytokines exercent leurs effets seront aussi explorés. Pour ce faire, des cardiomyocytes ventriculaires de souris nouveau-nées ont été mis en culture et traités 24 heures avec des concentrations pathophysiologiques (30 pg/mL) de TNFα, IL-1β ou IL-6. Des enregistrements de ICaL réalisés par la technique du patch-clamp en configuration cellule entière ont été obtenus par la suite et les résultats montrent que le TNFα n’affecte pas ICaL, même à des concentrations plus élevées (1 ng/mL). En revanche, l’IL-1β réduisait de près de 40% la densité d’ICaL. Afin d’examiner si le TNFα et l’IL-1β pouvaient avoir un effet synergique, les cardiomyocytes ont été traité avec un combinaison des deux cytokines. Toutefois aucun effet synergique sur ICaL n’a été constaté. En outre, l’IL-6 réduisait ICaL significativement, cependant la réduction de 20% était moindre que celle induite par IL-1β. Afin d’élucider les mécanismes sous-jacents à la réduction de ICaL après un traitement avec IL-1β, l’expression d’ARNm de CaV1.2, sous-unité α codante pour ICaL, a été mesurée par qPCR et les résultats obtenus montrent aucun changement du niveau d’expression. Plusieurs études ont montré que l’inflammation et le stress oxydatif vont de pair. En effet, l’imagerie confocale nous a permis de constater une augmentation accrue du stress oxydatif induit par IL-1β et malgré un traitement aux antioxydants, la diminution de ICaL n’a pas été prévenue. Cette étude montre qu’IL-1β et IL-6 réduisent ICaL de façon importante et ce indépendamment d’une régulation transcriptionelle ou du stress oxydatif. De nouvelles données préliminaires suggèrent que ICaL serait réduit suite à l’activation des protéines kinase C mais des études additionelles seront nécessaires afin d’étudier cette avenue. Nos résultats pourraient contribuer à expliquer les troubles du rythme et de contractilité observés chez les patients souffrant de défaillance cardiaque. / Cytokines are immune system modulators that are secreted in response to an insult. Even though on the short term they play a crucial role in the healing process, the prolonged secretion of pro-inflammatory cytokines, locally or systemically, has many deleterious effects. For almost 20 years reports of alteration in serum cytokine levels have been emerging in patients with various heart failure aetiologies, however it is only recently that the role of inflammation in heart pathologies is being more and more studied. Indeed, several studies have shown that patients suffering from heart failure or arrhythmias have high levels of cytokines. Three particularly of these cytokines in particular are highly present and together they play a central role in the inflammatory response. Tumour Necrosis Factor alpha (TNFα), interleukin 1 beta (IL-1β) and interleukin 6 (IL-6) are secreted chronically by immune cells or the cardiomyocytes themselves and can possibly, as shown by animal studies, induce cardiac remodelling, hypertrophy, apoptosis, fibrosis and generation of highly reactive oxidative species (ROS) among other effects. Furthermore, accumulating evidence suggests that these pro-inflammatory cytokines are not only important mediators of cardiac remodelling that can contribute to worsening of heart failure but they have also been linked to cardiac arrhythmias and prolongation of action potential. Overall, the findings suggests a strong role for pro-inflammatory cytokines in affecting cardiac function and inducing electrical remodelling, thus we hypothesised that high levels of pro-inflammatory cytokines can affect the electrical and subsequently the contractile properties of the heart. Thus, the aim of this project was to help establish the effects of the above mentioned cytokines on the electrical and contractile properties of cardiac myocytes while exploring the mechanisms by which these cytokines mediate their effect. Using cultured intact mouse neonatal ventricular cardiomyocytes which were treated chronically with various cytokines, at a pathophysiological concentration (30 pg/mL), the specific objective of this study was to measure the direct effect of chronic cytokine treatment on the L-type calcium current (ICaL), an important ionic current responsible for the plateau phase of the action potential and in the excitation contraction coupling (ECC) and the current l and subsequently, determine via which pathways cytokines are able to affect the calcium current. Patch-clamp experiments in the whole-cell voltage-clamp configuration were used to measure L-type calcium current and showed that ICaL was not affected by TNFα. Furthermore, no effect at a significantly higher concentration of TNFα (1 ng/mL) could be observed. In contrast, chronic treatment of cardiomyocytes with IL-1β depressed ICaL by up to 40 %. Furthermore, when combining TNFα with IL-1β, two cytokines often reported to act synergistically, no further reduction in ICaL current density compared to IL-1β treatment alone was observed, showing the specificity of IL-1β response. Expression studies using qPCR to quantify the mRNA of CaV1.2, the underlying alpha subunit channel which encodes for ICaL, were conducted in order to determine if the reduction in current is due to a cytokine mediated change in gene expression. We found that none of the cytokines significantly affected levels of CaV1.2 mRNA. A key component of the inflammatory response is the induction of oxidative stress. Indeed, when challenged with cytokines cardiomyocytes exhibited significant increases in ROS level. In an attempt to reverse the depression of ICaL in response to IL-1β, we treated myocytes concurrently with antioxidants and IL-1β. While we observed a significant decrease in intracellular ROS levels, antioxidant therapy failed to restore current density, indicating thus, that ROS produced in response to cytokines does not regulate ion channels. New preliminary data suggests a role for members of the protein kinase C family in regulating the properties of CaV1.2 in response to cytokines. Nonetheless, exploring this avenue will require substantial experimentation and will be the subject of future work. Overall our experiments will help provide a better understanding of the role of cytokines in regulating the electric and contractile properties of cardiomyocytes in the setting of inflammatory cardiomyopathies.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal