Le système nerveux sympathique (SNS) a été identifié à être progressivement activé dans de nombreuses maladies cardio-vasculaires, du processus chroniques différents, y compris l'hypertension et de cardiomyopathie, à l'insuffisance cardiaque congestive[82,156,412-414]. L'hyperactivité du système nerveux sympathique peut modifier le nombre, la fonction et la voie de signalisation en aval des récepteurs β-adrénergiques. Bien qu'il n'yait pas de mécanisme unifié pour interpréter ces découvertes divergentes, des anomalies de calcium ont été reconnu comme une cause fondamental de la fonction systolique défectueuse du ventricule gauche [82]. Le niveau de calcium intracellulaire est directement impliqué dans l'interaction entre l'actine et la myosine, qui controle la contractilité du muscle. Les stimulations des récepteurs β-adrénergiques peuvent induire des réponses inotropes / lusitropes positifs par la production d'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) et l'activation de la protéine kinase A (PKA). Le calcium de type transitoire est augmenté suite à la phosphorylation des protéines ciblées (cannaux calciques, récepteurs de la ryanodine, SERCA2a et troponine). Dans les conditions physiologique, la dysfonctionnement des récepteurs β-adrénergiques peut être un mécanisme commun de la réduction de la fonction cardiaque. Dans ce contexte, nous avons effectué des expériences au sujet de la voie de stimulation β-récepteurs adrénergiques en deux états physiopathologiques différents, cardiomyopathie du syndrome métabolique et de personnes âgées.La première expérience est menée au sein de rats sénescents. Au coeur sénescent, un dysfonctionnement diastolique et une réponse réduite à la stimulation β-adrénergiques ont été identifiés, qui sont associés à une sous-expression des récepteurs β1- et β2-adrénergiques, ainsi qu’à une sur-expression des récepteurs β3-adrénergiques.[73,415,416] Ces changements permettent de réduire la production d'AMPc ou facilitent l'hydrolyse de l'AMPc. Ainsi, un mécanisme complémentaire de la régulation de l'AMPc a été impliqué dans le cœur. La protéine de multirésistance 4 (MRP4) joue un rôle important dans la régulation de l'AMPc intracellulaire et les réponses cardiaques stimulées par les récepteurs β-adrénergiques. Mais le rôle de MRP4 au coeur sénescent n'a jamais été étudié. Dans ce fait, nous avons mené de l'expérience pour étudier l'expression de MRP4 et son influence sur le dysfonctionnement β-adrénergique dans le cœur sénescent. L’expression de MRP4 a été quantifiée dans ventriculaires gauches par Western Blotting. Les réponses des récepteurs β-adrénergiques à l'isoprotérénol ont été étudiés in vivo (échocardiographie de stress) et in vitro (raccourcissement des sarcomères et de calcium de type transitoire dans les cardiomyocytes isolés par Ionoptix®) chez les rats jeunes (âgés de 3 mois) et les rats sénescents (âgés de 24 mois) prétraités ou non avec MK571, un inhibiteur spécifique de MRP4.... / The sympathetic nervous system (SNS) has been identified to be progressively activated in many cardiovascular diseases, from different chronic process including hypertension and cardiomyopathy, to congestive heart failure [82,156,412-414]. The hyperactivity of sympathetic nervous system may change the number, function and downstream mechanisms of β-adrenoceptors. Although there is no unified mechanism to interpret those divergent findings, calcium abnormalities has been recognized to be fundamental in the defective systolic function in left ventricle [82]. The intracellular calcium level is directly involved in the interaction of actin and myosin, thus reflects the contractility of muscle. β-adrenergic stimulation can induce the positive inotropic / lusitropic responses via the production of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) and the activation of protein kinase A (PKA). Thus calcium transient is increased after phosphorylation of serials targeted proteins (calcium channel, ryanodine receptor, SERCA2a, and troponin). Under the pathophysiological condition, β-adrenergic dysfunction may be a common mechanism of decreased cardiac function. So, we performed experiments about β-adrenoceptor stimulation pathway in two different pathophysiological status, cardiomyopathy of the elderly and metabolic syndrome. The first experiment is conducted within senescent rat. In the senescent heart, diastolic dysfunction and reduced response to β-adrenergic stimulation have been identified, which are associated with the down-regulation of 1- and 2-adrenoceptors, along with the up-regulation of 3-adrenoceptor. [73,415,416] These changes either reduce the cAMP production or facilitate the hydrolysis of cAMP. Meanwhile, a complementary mechanism of the regulation of cAMP has been involved in heart. The multidrug resistance protein 4 (MRP4) plays an important role in the regulation of intracellular cAMP and β-adrenergic stimulated cardiac responses. But the role of MRP4 in the senescent heart has never been studied. Thus, we conducted the experiment to study the MRP4 expression and its influence on β-adrenergic dysfunction in the senescent rat heart. MRP4 was quantified in left ventricular homogenates by Western blotting. The β-adrenergic responses to isoproterenol were investigated in vivo (stress echocardiography) and in vitro (sarcomere shortening and calcium transient of isolated cardiomyocyte by Ionoptix®) in young (3-month age) and senescent (24-month age) rats pretreated or not with MK571, a specific MRP4 inhibitor. As a result, we confirmed that the MRP4 overexpression contributes to the decrease of positive inotropic response to β-adrenoceptor stimulation in the senescent heart...

Nous avons utilisé une approche ethnobotanique pour identifier des espèces de plantes utilisées par les Cris afin de traiter les symptômes du diabète de type 2. Larix laricina du Roi (L. laricina) a récemment été identifiée comme une des meilleures plantes qui a stimulé le transport de glucose dans les cellules C2C12 et fortement potentialisé la différenciation des 3T3-L1 en indiquant une sensibilité potentiellement accrue à l’insuline. Ensuite, ces études de criblage ont été effectuées sur des extraits éthanolique (EE) en utilisant une série de bioessais in vitro. Cependant, les préparations traditionnelles des plantes sont souvent faites avec l’eau chaude. Le but de cette thèse de doctorat était d’isoler les principes actifs de L. laricina par un fractionnement guidé par l’adipogenèse; d’évaluer et de comparer l’activité et les mécanismes antidiabétiques des EE et des extraits aqueux (HWE) de ces 17 plantes. Pour le fractionnement de L. laricina, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau composé actif cycloartane triterpene, qui a amélioré fortement l’adipogenèse et a été responsable en partie de l’activité adipogénique (potentiellement similaire à l’effet sensibilisateur à l’insuline des glitazone) de l’extrait éthanolique issu de l’écorce de L. laricina. Pour le métabolisme lipidique, nos résultats ont confirmé que 10 parmi les 17 EE ont augmenté la différenciation des adipocytes alors que 2 extraits seulement l’ont inhibée. Les HWE ont montré une faible activité adipogénique ou antiadipogénique. Les EE de R. groenlandicum et K. angustifolia ont le PPAR γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ), le SREBP-1 (sterol regulatory element binding protein-1) et le C/EBP (CCAAT-enhancer binding proteins) α, alors que ceux de P. balsamifera et A. incana les ont inhibés. L’effet inhibiteur de P. balsamifera a également été prouvé d’avoir impliqué l’activation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK). Les EE et HWE de R. groenlandicum ont stimulé les mêmes facteurs de transcription alors que les extraits aqueux d’autres plantes sélectionnées ont perdu ces effets en comparaison avec leurs extraits éthanoliques respectifs. L’analyse phytochimique a également identifié le groupe des espèces actives et inactives, notamment lorsque les espèces ont été séparées par famille de plante. Finalement concernant l’homéostasie de glucose, nos résultats ont confirmé que plusieurs EE ont stimulé le transport de glucose musculaire et inhibé l’activité de la glucose-6-phosphatase (G6Pase) hépatique. Certains des HWE ont partiellement ou complètement perdu ces activités antidiabétiques par rapport aux EE, tandis qu’une seule plante (R.groenlandicum) a juste conservé un potentiel similaire entre les EE et HWE dans les deux essais. Dans les cellules musculaires, les EE de R.groenlandicum, A. incana et S. purpurea ont stimulé le transport de glucose en activant la voie de signalisation de l’AMPK et en augmentant le niveau d’expression des GLUT4. En comparaison avec les EE, les HWE de R.groenlandicum ont montré des activités similaires; les HWE de A. incana ont complètement perdu leur effet sur tous les paramètres étudiés; les HWE de S. purpurea ont activé la voie de l’insuline au lieu de celle de l’AMPK pour augmenter le transport de glucose. Dans les cellules H4IIE, les EE et HWE des 5 plantes ont activé la voie de l’AMPK, et en plus les EE et HWE de 2 plantes ont activé la voie de l’insuline. La quercétine-3-O-galactoside et la quercétine 3-O-α-L-arabinopyranoside ont été identifiées comme des composés ayant un fort potentiel antidiabétique et donc responsables de l'activité biologique des plantes HWE actifs avec le transport du glucose. En conclusion, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau triterpène actif à partir du fractionnement de L. laricina. Nous avons fourni également une preuve directe pour l'évaluation et la comparaison d'une action analogue à l'insuline ou insulino-sensibilisateur des EE et HWE de plantes médicinales Cris au niveau de muscle, de foie et de tissus adipeux. Une partie de leur action peut être liée à la stimulation des voies de signalisation intracellulaire insulino-dépendante et non-insulino-dépendante, ainsi que l’activation de PPARγ. Nos résultats indiquent que les espèces de plantes, les tissus ou les cellules cibles, ainsi que les méthodes d'extraction sont tous des déterminants significatifs de l'activité biologique de plantes médicinales Cris sur le métabolisme glucidique et lipidique. / We have used a collaborative ethnobotanical approach to identify plant species used by the Cree of Eeyou Istchee (CEI) to treat symptoms of type 2 diabetes. Several screening studies were performed on 17 species identified in a survey of the Cree Nation. Firstly, Larix laricina du Roi (L. laricina) was recently identified as one of the top plants, which stimulated glucose uptake in C2C12 muscle cells and strongly potentiated the differentiation of 3T3-L1 pre-adipocytes suggesting enhanced insulin sensitivity. Secondly, these screening studies were performed on ethanol extracts (EE) using an in vitro bioassay platform, however, traditional preparations are often based on hot water. So the purpose of this PhD thesis was to isolate the active principles from L. laricina through adipogenesis-guided fractionation, and to evaluate and compare the antidiabetic activity and mechanisms of EE and hot water extracts (HWE) of these 17 Cree plants. For the fractionation of L. laricina, we isolated several known compounds and identified a new active cycloartane triterpene, which strongly enhanced adipogenesis in 3T3-L1 cells and was responsible partly for the adipogenic (potentially glitazone-like insulin sensitizing) activity of the ethanol extract of the bark of L. laricina. In the adipocyte lipid metabolism course, the results confirmed that 10 of the 17 EE stimulated adipocyte differentiation and adipogenesis, whereas 2 had inhibitory effects. Corresponding HWE exhibited partial or complete loss of such adipogenic or anti-adipogenic activity. R. groenlandicum and K. angustifolia EEs activated Peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPAR γ), sterol regulatory element binding protein-1 (SREBP-1) and CCAAT-enhancer binding protein (C/EBP) α, whereas P. balsamifera and A. incana decreased these transcription factors. P. balsamifera’s inhibitory effect was also found to involve AMP-activated protein kinase (AMPK) activation. R. groenlandicum HWE and EE stimulated similar transcription factors, but HWE of other selected plants lost such effects compared to their respective EE. Phytochemical analysis also uncovered clustering of active versus inactive species, notably when species were segregated by plant family. The results showed that several EE stimulated muscle glucose uptake and inhibited hepatic glucose-6-phosphatase (G6Pase) activity. Some of the HWE partially or completely lost these antidiabetic activities in comparison to EE; while one plant (R.groenlandicum) retained similar potential between EE and HWE in both assays. In C2C12 muscle cells, EE of R.groenlandicum, A. incana and S. purpurea stimulated glucose uptake by activating AMPK pathway and increasing GLUT4 expression level. In comparison to EE, HWE of R.groenlandicum exhibited similar activities; HWE of A. incana completely lost its effect on all parameters; interestingly, HWE of S. purpurea activated insulin pathway instead of AMPK pathway to increase glucose uptake. In the H4IIE cells, all selected 5 plants HWE and EE activated AMPK pathway, and in addition, 2 plants EE and HWE also activated insulin pathways. Quercetin-3-O-galactoside and quercetin 3-O-α-L-arabinopyranoside were identified as potential candidates to be responsible for the biological activity of the active HWE plants in the glucose transport assay. In conclusion, we isolated several known compounds and identified a new active triterpene from fractionation of L. laricina. We also provide direct evidence evaluating and comparing of an insulin-like or insulin-sensitizing action of EE and HWE of Cree medicinal plants at the level of muscle, liver and adipose tissue. Part of their actions may be related to stimulation of insulin-dependent and insulin-independent intracellular signaling pathways, as well as to PPARγ activation. The results indicate that plant species, target tissues or cells, as well as extraction methods, are all significant determinants of the biological activity of Cree medicinal plants on glucose and lipid metabolism.