L’utilisation d’antagonistes du récepteur aux minéralocorticoïdes (ARM) a prouvé son efficacité dans le traitement de l’insuffisance cardiaque (IC). Un des facteurs de risque majeur de l’IC, le syndrome métabolique (SMet), est également associé à une production augmentée d’aldostérone et une activation excessive de son récepteur. Dans ce contexte, nous avons émis l’hypothèse que l’utilisation des ARM pouvait être appliquée pour cibler les facteurs de risques du SMet et prévenir la progression subséquente vers l’IC. Dans ce projet, des rats Spontanément Hypertendus et développant une IC (rats SHHF) portant ou non une mutation du récepteur de la leptine (« cp ») conduisant à un SMet (respectivement SHHFcp/cp et SHHF+/+) ont été utilisés comme modèle expérimental. Les animaux ont reçu soit un placebo soit le traitement ARM (Eplérénone, Eplé) dès l’âge de 1.5 à 12.5 mois et leurs paramètres métaboliques et cardiovasculaires ont été régulièrement évalués. Les fonctions moléculaires altérées dans le coeur et le tissu adipeux lors du développement du SMet et la progression de l’IC, ainsi que celles modulées par l’action de l’Eplé ont été caractérisées par l’analyse du transcriptome et miRNome des animaux. Nos résultats montrent que les rats SHHFcp/cp développent à 12.5 mois une hypertrophie cardiaque excentrique associée à une dilatation du ventricule gauche (VG) et une fraction d’éjection diminuée comparés aux SHHF+/+. Alors que l’Eplé ne modifie pas les paramètres métaboliques et cardiovasculaires des SHHF+/+, Les rats Eple-SHHFcp/cp présentent une moindre prise de masse corporelle ainsi qu’une moindre dyslipidémie. Sans effet sur la pression artérielle (PA), ni le transcriptome et miRNome adipeux, les animaux SHHFcp/cp traités présentent en outre une moindre dilatation et hypertrophie de leur VG, une fraction d’éjection, un temps de relaxation isovolumique et un ratio E/A plus élevés. Les analyses du transcriptome et miRNome cardiaques révèlent que l’Eplé induit une diminution significative de l’expression de gènes impliqués dans le remodelage et l’inflammation myocardiques ainsi qu’une augmentation de l’expression de gènes relatifs à l’oxydation des acides gras dans le coeur. L’intégration et l’exploration bioinformatique des profils d’expression du transcriptome et du miRNome ont permis d’établir des réseaux de régulation de l’expression génique potentiellement impliqués dans les mécanismes physiopathologiques à l’oeuvre chez les rats SHHF obèses et dans ceux impactés par le traitement. Dans leur ensemble, nos données montrent que l’initiation d’un traitement ARM lors du développement du SMet permet d’atténuer l’obésité et la dyslipidémie et d’améliorer les paramètres de structure et fonction cardiaque. De façon intéressante, ces effets cardioprotecteurs sont obtenus via des mécanismes indépendants de la diminution de la PA, les analyses du transcriptome/miRNome cardiaque indiquent un mécanisme basé sur une diminution des processus de remodelage et d’inflammation ainsi qu’ une restauration de la fonction de métabolisme énergétique des acides gras au niveau myocardique / Mineralocorticoid Receptor Antagonists (MRA) are clinically beneficial in individuals with chronic heart failure (HF). One of the major risk factors for HF, the metabolic syndrome (MetS), has been also reported to be associated with increased aldosterone production and excessive MR activation. In this context, we hypothesized that the use of MRA could be applied to target the MetS features and prevent the subsequent progression towards HF. In this project, Spontaneously Hypertensive Heart failure rats (SHHF) carrying or not a mutation in the leptin receptor (« cp ») leading to MetS development (SHHFcp/cp and SHHF+/+respectively) were used as experimental model. Animals from both genotypes were given either the selective MRA (Eplerenone, Eple) or placebo from 1.5 to 12.5 months of age and their metabolic and cardiovascular parameters were regularly monitored. The molecular functions altered in the heart and visceral adipose tissues as MetS develops and progresses towards HF as well as those modulated by Eple action were characterized by the analysis of animal’s transcriptome and miRNome. Our data showed that SHHFcp/cp exbiting MetS developed at 12.5 months of age eccentric cardiac hypertrophy associated with left ventricular (LV) dilatation and reduced ejection fraction (EF) as compared to SHHF+/+. While Eple did not induced differences in metabolic and cardiovascular phenotypes in SHHF+/+ rats, Eple-SHHFcp/cp had lower body weight gain and less dyslipidemia. Without effects on blood pressure (BP) and adipose transcriptome and miRNome, Eple-SHHFcp/cp rats had lower LV dilatation and hypertrophy, higher ejection fraction, isovolumic relaxation time and E/A ratio. Transcriptome and miRNome analysis of cardiac tissues revealed that Eple markedly reduced the expression of several genes involved in cardiac remodeling and inflammatory processes and increased the expression of genes related to cardiac fatty acid oxidation and metabolism. The integration and the bioinformatic exploration of transcriptome and miRNome expression profiles allowed the construction of gene regulatory networks potentially involved in the physiopathological mechanisms occuring in the SHHFcp/cp rats and those impacted by the treatment. Altogether, our data demonstrated that treatment with Eple during MetS development attenuated SHHFcp/cp weight gain and dyslipidemia contributing to the amelioration of their cardiac structural and functional parameters. Interestingly, those beneficial cardioprotective effects were obtained via mechanisms independent of BP lowering, the analysis of cardiac transcriptome/miRnome revealed that Eple may have acted by depressing cardiac remodeling and inflammatory processes and restoring the function of fatty acid metabolism in the myocardium

Le cortisol est reconnu pour être une hormone clé dans le maintien de la balance hydrominérale en eau douce et dans l'adaptation à l'eau de mer, chez de nombreux téléostéens juvéniles. Cependant, son rôle au cours du développement embryonnaire est encore mal connu, notamment son implication dans le développement des cellules spécialisées dans le transport ionique, les ionocytes. L'objectif de ma thèse a été de déterminer l'implication du cortisol lors de la mise en place du lignage des ionocytes de la peau chez l'embryon de médaka (Orysias latipes) puis d'étudier les conséquences d'une élévation du cortisol embryonnaire sur les capacités osmorégulatrices des larves lors d’un transfert dans une eau pauvre en ions ou en eau de mer. Dans un premier temps, une attention particulière a été portée à la dynamique d'apparition des ionocytes de la peau du sac vitellin des embryons. Ces derniers apparaissent en deux vagues successives avec une cinétique propre. Nous avons alors proposé un modèle de développement des ionocytes pour chacune de ces vagues. Grâce à cette première étude, nous avons ensuite montré que du cortisol exogène ne modifie pas le taux de prolifération et/ou de différenciation des ionocytes épidermiques mais accélère leur différenciation. De plus, nous avons identifié un des récepteurs aux glucocorticoïdes (GR2) comme régulateur de l’ontogenèse des ionocytes, très probablement grâce à ces transcrits maternels. Enfin, nous avons montré que les larves de médaka sont capables de réguler très rapidement leurs contenus en ions Na+ et Cl- après de chocs hypo- et hyper-osmotiques. En revanche, la capacité des larves à réguler les contenus en Ca2+ est plus limitée lors d’un choc hypo-osmotique. Un doute important sur l’efficacité du traitement cortisol lors de cette dernière partie ne nous permet pas de mettre en lien le rôle du cortisol dans l’ontogenèse des ionocytes avec la fonction d’osmorégulation de ces derniers à l’éclosion. Ces travaux ont donc permis d’établir les bases de l’ontogenèse des ionocytes embryonnaires ainsi que de l’osmorégulation des larves chez le médaka pour la caractérisation du rôle du cortisol et de ses récepteurs. De façon similaire, ce modèle pourra être utilisé comme support pour l’identification et la caractérisation de nouveaux régulateurs. / Cortisol is a key hormone regulating in teleost fish water and ionic homeostasis in freshwater and seawater and in acclimation during salinity changes. However, its role during embryonic stages is still poorly known, especially its involvement in the development of ionic transport specialized cell, namely the ionocytes. The aim of my thesis was to determine cortisol involvement in epidermal ionocyte lineage establishment in medaka (Orysias latipes) embryos and to study consequences of cortisol elevation in medaka embryos on larval osmoregulatory abilities during transfer from freshwater to ion-poor environment or to seawater transfer. In a first part, we studied the dynamic of ionocyte appearance in yolk-sac epithelium of embryos. Ionocytes appear in two distinct waves with their own kinetic. This allowed us to propose a model of ionocyte development for each wave. In the continuity of this first part, we have showed that exogenous cortisol doesn’t modify the proliferation and/or differentiation rate of epidermal ionocytes but rather accelerate their differentiation. In addition, we have identified GR2, one of glucocorticoid receptors, as the main regulator of ionocyte ontogenesis, most likely through its maternal transcripts. Finally, we have showed that medaka larvae are able to quickly regulate their Na+ and Cl- ion contents after hypo- or hyper-osmotic challenges. In contrast, larvae ability to regulate Ca2+ ion contents is more limited during hypo-osmotic challenge. A doubt on the effectiveness of the cortisol treatment, in this last part, prevent us to understand the relationship between cortisol role in ionocyte ontogenesis and its osmoregulatory functions after hatching. These studies have established in medaka the basis of embryonic ionocyte ontogenesis and larval osmoregulation in order to clarify the role of cortisol and its receptors. Similarly, this fish model could be used as a support for identification and characterization of new regulators of the osmoregulation function.

La ciclosporine est un traitement immunosuppresseur très utilisé : elle inhibe l'activation des lymphocytes T via la calcineurine. Sa néphrotoxicité limite son utilisation : la ciclosporine induit une augmentation de la vasoconstriction ainsi qu'une augmentation de la réponse des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) aux agents vasoactifs. Le récepteur minéralocorticoïde (RM), au-delà de ses effets sur la réabsorption sodée, agit sur le tonus vasculaire en modulant la réponse des cellules (endothéliales et musculaires lisses) vasculaires aux agents vasoactifs. Notre hypothèse était que le RM pouvait participer à l'action vasoconstrictrice de la ciclosporine ; son inactivation pourrait limiter la néphrotoxicité de la ciclosporine. Deux modèles de souris ont été invalidés génétiquement pour le RM : dans les cellules endothéliales et les CMLV (KO-RM CMLV). Seules les souris KO-RM CMLV étaient protégées contre la néphrotoxicité de la ciclosporine. Ces effets impliquent une action sur le tonus vasculaire rénal. L'antagonisme pharmacologique du RM (par le canrénoate) administré per os confère la même protection. En revanche, la néphrotoxicité induite par le tacrolimus (une autre anticalcineurine) n'est pas prévenue par l'antagonisme du RM. Utiliser un antagoniste sélectif du RM (l'éplérénone) pourrait prévenir la néphrotoxicité de la ciclosporine. Nous avons prouvé sa bonne tolérance en association à la ciclosporine chez les patients transplantés et insuffisants rénaux chroniques. Une kaliémie supérieure à 4,35mmol/L à l'initiation indique un sur-risque de développer une hyperkaliémie. L'efficacité reste à démontrer au cours d'un essai prospectif et randomisé. / Cyclosporine A (cyclo) is a widely used drug in kidney transplantation: its anticalcineurin actioninhibits T lymphocytes activation and prevents allograft rejection. Despite a huge benefit on graftsurvival, cyclo exerts a side effect that limits its use: nephrotoxicity. Vasculotoxicity appears to becentral: cyclo enhances renal vasoconstriction by altering vasoactive factors and vascular smoothmuscle cells (VSMC) response to vasoactive factors. Beyond its effects on sodium reabsorption,Mineralocorticoid Receptor (MR) acts on vascular tone by modulating both endothelial and VSMCresponses to vasoactive factors. Our working hypothesis was that MR could participate to cycloinducedvasoconstriction and that MR inactivating (pharmacologically or genetically) could alleviatecyclo-induced nephrotoxicity. Two genetically MR-knock out (MR-KO) were generated: inendothelial or VSMC. Only VSMC MR-KO mice were protected from cyclo-induced nephrotoxicity.We also show that such an effect was mediated by vascular tone modulation. This prevention was alsoconferred by the systemic pharmacological antagonism of MR (by canrenoate) in mice but not duringnephrotoxicity induced by tacrolimus (another anticalcineurine drug used in kidney transplantation).Then, we proposed to use MR pharmacological antagonism in humans (by eplerenone) during kidneytransplantation. We first had to prove its safety in such a population. Among 31 cyclo-treated patients,only 9 developed hyperkalemia (>5mmol/L) and none presented serious side effect. We propose akalemia higher than 4.35mmol/L at baseline to be the marker of a higher risk of developinghyperkalemia under treatment. The efficiency of eplerenone to prevent/alleviate cyclo-inducednephrotoxicity during kidney transplantation should be tested during a randomized controlled trial.

Dans le système nerveux central (SNC), l'hippocampe est une structure majeure pour les fonctions cognitives et comportementales. Le Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF), un acteur clé dans ces fonctions neuronales, est fortement exprimé dans l'hippocampe. La structure du gène Bdnf murin est complexe, comportant 8 exons non codants (I à VIII), chacun avec un promoteur spécifique (1 à 8) et un exon IX codant commun. Les glucocorticoïdes (GC) exercent des actions pleiotropes sur ces processus neuronaux en se liant et en activant le récepteur des glucocorticoïdes (GR), et le récepteur des minéralocorticoïdes (MR). Le GR est un facteur de transcription, modulant la transcription de ses gènes cibles, en se liant directement aux éléments de réponse des glucocorticoïdes ou en interagissant indirectement sur d’autres facteurs de transcription. Il a été suggéré que l'expression de Bdnf est régulée par le stress et les concentrations élevées de GC. Cependant, il reste à définir si BDNF est un gène cible du GR et quels sont les mécanismes moléculaires impliqués. Dans ce travail, nous avons démontré que les fortes concentrations de GC diminuent l'expression de l'ARNm de Bdnf via le GR dans divers modèles cellulaires neuronaux. Dans des cultures primaires de neurones hippocampiques de souris et dans les cellules BZ, les transcrits de BDNF contenant l’exon IV et VI sont reprimés par le GR. Par ailleurs les transfections transitoires démontrent que l’activité du promoteur 4 est diminuée par GR. Les expériences de mutagenèse et de ChIP ont révélé que la répression induite par le GR sur l'expression et l’activité transcriptionnelle de Bdnf implique un petit fragment de 74 bp situé dans le promoteur en amont de l'exon IV. La localisation précise de l’interaction génomique du GR et les facteurs de transcription potentiels mis en jeu restent à identifier. Ce travail a contribué à une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la régulation de l’expression de Bdnf par GR. Il apporte de nouveaux éléments sur les interactions moléculaires et fonctionnelles entre la signalisation GC et celle de BDNF dans les neurones, d’importance majeure dans la physiopathologie du SNC. / In the central nervous system (CNS), the hippocampus is a structure of major importance for cognitive and behavioral functions. The brain-derived neurotrophic factor (BDNF), a key player in such neuronal functions is highly expressed in the hippocampus. Rodent Bdnf gene structure is relatively complex, composed of 8 noncoding exons (I to VIII), each one with a specific promoter (1 to 8), and one common coding exon IX. Glucocorticoids (GC) exert pleiotropic actions on neuronal processes by binding to and activating the glucocorticoid receptor (GR), as well as the mineralocorticoid receptor (MR). GR functions as a transcription factor, directly by interacting to glucocorticoid response elements or indirectly by interacting with other transcription factors, leading to the regulation of target gene transcription. It has been suggested that Bdnf expression is regulated by stress and high GC concentrations. However, it remains to define whether Bdnf is a GR target gene and what are the underlying molecular mechanisms. Herein, we demonstrate that high GC levels downregulate total Bdnf mRNA expression via GR in various in vitro neuron-like cellular models. In primary cultures of mouse hippocampal neurons and BZ cells, BDNF IV- and VI-containing transcripts are involved in this regulatory mechanism. Moreover, in transient transfections, promoter 4 activity was reduced by activated GR. Furthermore, ChIP analysis and mutagenesis experiments demonstrate that the GR-induced repression on Bdnf expression and transcriptional activities occurs through GR binding to a small 74 bp promoter sequence upstream of exon IV. The exact GR binding site on DNA and its putative transcription factor partners are currently under investigation. Altogether, these findings contribute to a better understanding of the mechanisms by which GR represses BDNF expression. Our study brings new insights into the molecular interactions between GC signaling and BDNF signaling in neurons, both important pathways in the pathophysiology of the CNS.

L’émergence de la respiration aérienne au cours du développement de l’amphibien demande d’importants changements au niveau du circuit cérébral qui génère et régule le rythme respiratoire. La métamorphose étant influencée par différentes hormones métamorphiques, nous avons testé l’hypothèse proposant qu’exposer le cerveau à ces hormones augmenterait le rythme respiratoire aérien fictif chez les têtards de Lithobates catesbeianus. Nous utilisons une technique d’isolation du tronc cérébrale qui est ensuite exposé à différentes hormones, soit l’aldostérone, la corticostérone et l’hormone T3. En comparant les préparations exposées aux hormones sur 24h avec les contrôles, nous démontrons que l’exposition aux hormones augmente de manière générale la respiration aérienne. La ventilation fictive des préparations exposées aux hormones présentait des similarités avec celles provenant d’adultes. Nous concluons que, grâce à leurs effets à long terme, les hormones régulant la métamorphose peuvent déclencher la maturation des circuits neuronaux qui génèrent et régulent la respiration de cette espèce. / The emergence of air breathing during amphibian development requires significant changes to the brainstem circuits that generate and regulate breathing. Because this metamorphosis is regulated by metamorphic hormones, we tested the hypothesis that exposing the brainstem to these hormones augments the fictive air breathing frequency in Lithobates catesbeianus tadpoles. Brainstems were isolated from pre-metamorphic tadpoles and a hormone exposure was made with the following hormones: aldosterone, corticosterone, T3. By comparison with preparations subjected to sham treatment, hormone exposure generally increased fictive air breathing frequency. Brainstem preparations showed a response to a change in the aCSF pH only before the 24h incubation, suggesting a chemosensitivity lost following the incubation. However, the patterns of the exposed brainstem presented an activity that is reminiscent of those observed in adult frogs. We conclude that hormones play an important role in the maturation of the neural circuits that generate and regulate breathing in this species.

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

La grossesse induit de profonds changements hémodynamiques et métaboliques de l’organisme maternel qui ont des conséquences sur le cœur. L’adaptation du cœur à cette condition physiologique nécessite un remodelage de sa structure et par conséquent des ajustements de sa fonction. Les mécanismes responsables de ces adaptations sont en grande partie inconnus. Cependant, ces connaissances sont essentielles pour la compréhension des complications cardiovasculaires, telle que l’hypertension gestationnelle (HG), qui constituent un risque pour la santé de la mère et du fœtus. Afin de caractériser les adaptations du cœur lors de la grossesse, l’originalité de notre approche expérimentale consistait à étudier le remodelage à l’échelle des cardiomyocytes du ventricule gauche. Ainsi, notre premier objectif était de déterminer les modifications structurales et fonctionnelles des cardiomyocytes chez la rate en vue d’identifier les altérations lors de l’HG. Chez les rates gestantes, le remodelage structural des cardiomyocytes se caractérise par une hypertrophie cellulaire avec une augmentation proportionnelle des dimensions. L’HG a été induite par un supplément sodique (0.9% NaCl) dans la diète. L’inadaptation structurale lors de l’HG se traduit par une diminution du volume cellulaire. L’étude des modifications fonctionnelles a révélé que lors de la gestation le fonctionnement contractile des cellules est dépendant de l’adaptation du métabolisme maternel. En effet, les substrats énergétiques, lactate et pyruvate, induisent une augmentation de la contractilité des cardiomyocytes. Cet effet est plus faible dans les cellules des rates hypertendues, ce qui suggère des anomalies du couplage excitation-contraction, dans lequel les courants calciques de type L (ICa-L) jouent un rôle important. Paradoxalement, le lactate et le pyruvate ont induit une augmentation de la densité des courants ICa-L seulement chez les rates hypertendues. Le récepteur aux minéralocorticoïdes (RM) est connu pour son implication dans le remodelage structuro-fonctionnel du cœur dans les conditions pathologiques mais pas dans celui induit par la grossesse. Notre deuxième objectif était donc de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la morphologie et de la contractilité des cardiomyocytes. Des rates gestantes ont été traitées avec le canrénoate de potassium (20 mg/kg/jr), un antagoniste des RM. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche l’hypertrophie cellulaire. De plus, l’inhibition des RM bloque l’effet du lactate et du pyruvate sur la contractilité. Chez la femme, la grossesse est associée à des changements des propriétés électriques du cœur. Sur l’électrocardiogramme, l’intervalle QTc est plus long, témoignant de la prolongation de la repolarisation. Les mécanismes régulant cette adaptation restent encore inconnus. Ainsi, notre troisième objectif était de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la repolarisation. Chez la rate gestante, l’intervalle QTc est prolongé ce qui est corroboré par la diminution des courants potassiques Ito et IK1. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche la prolongation de l’intervalle QTc et la diminution des courants Ito. Les travaux exposés dans cette thèse apportent une vision plus précise du remodelage cardiaque induit par la grossesse, qui est permise par l’étude à l’échelle cellulaire. Nos résultats montrent que lors de la gestation et de l’HG les cardiomyocytes subissent des remodelages morphologiques contrastés. Notre étude a aussi révélé que lors de la gestation, la fonction contractile est tributaire des adaptations métaboliques et que cette relation est altérée lors de l’HG. Nos travaux montrent que la régulation de ces adaptations gestationnelles fait intervenir le RM au niveau de la morphologie, de la relation métabolisme/fonctionnement contractile et de la repolarisation. En faisant avancer les connaissances sur l’hypertrophie de la grossesse, ces travaux vont permettre d’améliorer la compréhension des complications cardiovasculaires gestationnelles. / Pregnancy is characterized by marked hemodynamic and metabolic changes, which have consequences on the heart. The adaptation of the heart to this physiological situation requires a remodeling of its structure, and consequently functioning adjustments. Mechanisms responsible for these adaptations are largely unknown. However, this knowledge is essential for the understanding of cardiovascular complications, such as gestational hypertension (GH), which represents a risk for the mother and the fœtus. To characterize cardiac adaptations to pregnancy, our experimental approach consisted in studying this remodelling at the level of left ventricle cardiomyocytes. Therefore, our first objective was to determine structural and functional modifications of cardiomyocytes in pregnant rats to be able to identify their variations in GH. In pregnant rats, structural remodelling of cardiomyocytes was characterized by a proportional volume expansion. GH was induced by a high sodium supplement (0.9% NaCl). In hypertensive rats, we observe significant cell volume shrinkage. The study of functional modifications elicited a strong relationship between metabolic adaptations and cell contractility. According to our results, in pregnant rats cardiomyocyte contractility was increased in presence of energy substrates lactate and pyruvate. This effect was weaker in the cells from hypertensive rats. This suggested modifications of the excitation-contraction coupling, in which L-type calcium currents (ICa-L) play an important role. Unexpectedly, lactate and pyruvate induced a significant increase in ICa-L only in hypertensive rats. In pathological conditions, mineralocorticoid receptors (MR) have been shown to mediate structural as well as functional remodelling of the heart. Our study is the first to investigate MR involvement in cardiac remodelling during pregnancy. Thus, our second objective was to determine MR involvement in cardiomyocyte remodelling. For this study, pregnant rats were treated with potassium canrenoate of (20 mg / kg / day), a MR antagonist. Our results revealed that MR inhibition during the pregnancy elicited a significant decrease of cell volume. MR inhibition has also affected metabolism and cellular functioning relationship. Indeed, plasma concentration of lactate was lower, which was in correlation with its blunted effect on cell contractility. In women, pregnancy-induced hypertrophy is associated with changes in electrical properties of the heart. Indeed, repolarisation is prolonged, which is characterised by a longer duration of QTc interval on the electrocardiogram. Regulation mechanisms involved in this adaptation are still largely unknown. Our third objective was therefore to determine the role of MR in the adaptation of repolarisation to pregnancy. Pregnancy induced a prolongation in QTc interval, which correlates with a decrease in potassium currents Ito and IK1. MR inhibition prevented QTc interval prolongation and the lowering of Ito. Our study gives a new insight of pregnancy-induced cardiac hypertrophy, which is provided by investigations at the cellular level. Our results demonstrate that pregnancy and GH are characterised by opposite remodellings. Moreover, in pregnancy the contractile function is dependent on metabolic adaptations. This is all the more glaring in GH as metabolic alterations induced modifications of electric properties to maintain contractile functioning. Furthermore, our work reveals MR involvement in the regulation of morphology, metabolism/contractility relationship, and repolarisation. By improving the knowledge of hypertrophy during pregnancy, this work contributes to improve the understanding of pregnancy-induced cardiac complications.

Ces dernières décennies ont mis à jour une implication pathologique nouvelle del’aldostérone, via le récepteur aux minéralocorticoïdes (RM) dans le coeur. L’ensemble desdonnées issues des études expérimentales et des essais cliniques suggère une association délétèreentre l’aldostérone et la survenue d’arythmies. L’utilisation d’antagonistes du RM prévient cesarythmies. Cependant, les voies de signalisations, comme les mécanismes moléculaires soustendantces effets bénéfiques du blocage des RM demeurent incertains. Nous avons accumulésdes preuves d’une modulation de la signalisation calcique dans le cardiomyocyte, et en particulierde l’influx calcique (Ca2+) au travers du canal Ca2+ de type L (LTCC). Celui-Ci pourrait être unecible primaire de l’aldostérone et du RM dans les cardiomyocytes ventriculaires. Toutefois, lesmécanismes par lesquels l’aldostérone et le RM régulent l’expression du LTCC restent à définir.Au cours de ces travaux menés sur cardiomyocytes de rats nouveau-Nés, nous avonsétudiés les évènements moléculaires par lesquels l’aldostérone exerce ses effets sur le CaV1.2,qui correspond à la sous-Unité principale du LTCC formant le pore du canal ; cette protéine estcodée par le CACNA1C. Par microscopie confocale, nous avons suivi en temps réel le traffickingnucléo-Cytoplasmique du RM couplé à la GFP en réponse à l’aldostérone, démontrant ainsi queles RM cardiaques sont fonctionnels. Le traitement durant 24 heures des cardiomyocytes avec del’aldostérone montre une augmentation dose-Dépendante des protéines et de l’ARN messager duCaV1.2. L’utilisation de la technique du gène rapporteur de la luciférase permet l’analyse del’activité du promoteur du CaCNA1C. Celui-Ci montre une activité transcriptionnelle dose ettemps dépendante en réponse à l’aldostérone. De plus, ces effets sont dépendant des RM carinhibés en présence de RU28318, un antagoniste sélectif du RM, ou par l’utilisation de siRNAdirigés contre le RM. L’analyse in silico de la séquence du promoteur du CaCNA1C nous a permisd’identifier cinq séquences putatives correspondant à des éléments de réponse auxglucocorticoïdes (GRE). La mutation du site le plus lointain du site d’initiation de la transcriptionne révèle aucun changement dans les réponses transcriptionnelles induites par un RM humainconstitutivement actif (hMRΔ5,6) ou dans les réponses doses-Dépendantes de l’aldostérone ou dela déxaméthasone, un glucocorticoïde de synthèse. La mutation des trois sites GRE putatifssuivants provoque une diminution des réponses au hMRΔ5,6 comme à l’aldostérone, alors que lesréponses à la déxaméthasone sont soit inchangées, soit augmentées. En contraste, la mutation dusite le plus proximal du promoteur augmente de façon importante l’activité transcriptionnelle dupromoteur en réponse au hMRΔ5,6, à l’aldostérone comme à la déxaméthasone.Ces résultats démontrent que le LTCC cardiaque constitue une cible directe del’aldostérone et du RM, et apportent de nouvelles perspectives quant aux conséquencesmoléculaires et fonctionnelles engendrées par l’activation délétère du système minéralocorticoïdedans la défaillance cardiaque. / During the past decades, major novel pathogenic roles of the steroid hormone,aldosterone, via the Mineralocorticoid Receptor (MR) have been identified in heart. Collectively,experimental studies and clinical trials, suggest a detrimental association between aldosteroneand life threatening arrhythmias that may be prevented by MR blockade. However, the signalingpathways and underlying mechanisms still remain elusive. We have accumulated evidence thatmodulation of Ca2+ signaling, especially Ca2+ influx via L-Type Ca2+ channel (LTCC), might bethe primary aldosterone/MR target in ventricular cardiomyocytes. Yet, the molecularmechanisms by which MR regulates expression of LTCC remain to be defined. Here, weinvestigated, in primary cultures of neonatal rat ventricular myocytes, the molecular eventscritical for aldosterone-Mediated cardiac effects on CaV1.2, the pore-Forming main subunit ofLTCC, which is encoded by the CaCNA1C gene.We showed that cardiac MR are functional as demonstrated by aldosterone-Induced MRnucleocytoplasmic trafficking observed by time-Lapse imaging of transfected GFP-Labeled MRusing confocal microscopy. Aldosterone exposure for 24 hours, induced a dose-Dependentincrease in CaV1.2 expression at both mRNA and protein levels. Analysis of the CaCNA1Cpromoter activity using luciferase reporter assays, revealed a dose- and time-Dependent activationby aldosterone. These effects were inhibited in the presence of either RU28318, a selective MRantagonist, or MR siRNA. In silico analyze enabled us to identify five putative GlucocorticoidResponse Elements (GRE) within the CaCNA1C promoter sequence. The mutation of the mostdistal GRE from Transcription Start Site (TSS) did not altered responses either elicited by theconstitutively active human MR (hMRΔ5,6) or dose-Dependent effects of aldosterone anddexamethasone (a synthetic glucocorticoïd with minimal MR effect). Mutations of the three nextones decreased responses to hMRΔ5,6 and aldosterone, whereas dexamethasone responses wereeither unchanged or increased. In sharp contrast, the mutation of the most proximal GRE fromTSS, increased responses to hMRΔ5,6, aldosterone and dexamethasone.These results provide new insights into the molecular mechanisms associated with cardiacMR activation, and suggest that LTCC is a primary MR target, with subsequent molecular andfunctional consequences that could lead to MR-Related cardiac dysfunction.

La grossesse induit de profonds changements hémodynamiques et métaboliques de l’organisme maternel qui ont des conséquences sur le cœur. L’adaptation du cœur à cette condition physiologique nécessite un remodelage de sa structure et par conséquent des ajustements de sa fonction. Les mécanismes responsables de ces adaptations sont en grande partie inconnus. Cependant, ces connaissances sont essentielles pour la compréhension des complications cardiovasculaires, telle que l’hypertension gestationnelle (HG), qui constituent un risque pour la santé de la mère et du fœtus. Afin de caractériser les adaptations du cœur lors de la grossesse, l’originalité de notre approche expérimentale consistait à étudier le remodelage à l’échelle des cardiomyocytes du ventricule gauche. Ainsi, notre premier objectif était de déterminer les modifications structurales et fonctionnelles des cardiomyocytes chez la rate en vue d’identifier les altérations lors de l’HG. Chez les rates gestantes, le remodelage structural des cardiomyocytes se caractérise par une hypertrophie cellulaire avec une augmentation proportionnelle des dimensions. L’HG a été induite par un supplément sodique (0.9% NaCl) dans la diète. L’inadaptation structurale lors de l’HG se traduit par une diminution du volume cellulaire. L’étude des modifications fonctionnelles a révélé que lors de la gestation le fonctionnement contractile des cellules est dépendant de l’adaptation du métabolisme maternel. En effet, les substrats énergétiques, lactate et pyruvate, induisent une augmentation de la contractilité des cardiomyocytes. Cet effet est plus faible dans les cellules des rates hypertendues, ce qui suggère des anomalies du couplage excitation-contraction, dans lequel les courants calciques de type L (ICa-L) jouent un rôle important. Paradoxalement, le lactate et le pyruvate ont induit une augmentation de la densité des courants ICa-L seulement chez les rates hypertendues. Le récepteur aux minéralocorticoïdes (RM) est connu pour son implication dans le remodelage structuro-fonctionnel du cœur dans les conditions pathologiques mais pas dans celui induit par la grossesse. Notre deuxième objectif était donc de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la morphologie et de la contractilité des cardiomyocytes. Des rates gestantes ont été traitées avec le canrénoate de potassium (20 mg/kg/jr), un antagoniste des RM. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche l’hypertrophie cellulaire. De plus, l’inhibition des RM bloque l’effet du lactate et du pyruvate sur la contractilité. Chez la femme, la grossesse est associée à des changements des propriétés électriques du cœur. Sur l’électrocardiogramme, l’intervalle QTc est plus long, témoignant de la prolongation de la repolarisation. Les mécanismes régulant cette adaptation restent encore inconnus. Ainsi, notre troisième objectif était de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la repolarisation. Chez la rate gestante, l’intervalle QTc est prolongé ce qui est corroboré par la diminution des courants potassiques Ito et IK1. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche la prolongation de l’intervalle QTc et la diminution des courants Ito. Les travaux exposés dans cette thèse apportent une vision plus précise du remodelage cardiaque induit par la grossesse, qui est permise par l’étude à l’échelle cellulaire. Nos résultats montrent que lors de la gestation et de l’HG les cardiomyocytes subissent des remodelages morphologiques contrastés. Notre étude a aussi révélé que lors de la gestation, la fonction contractile est tributaire des adaptations métaboliques et que cette relation est altérée lors de l’HG. Nos travaux montrent que la régulation de ces adaptations gestationnelles fait intervenir le RM au niveau de la morphologie, de la relation métabolisme/fonctionnement contractile et de la repolarisation. En faisant avancer les connaissances sur l’hypertrophie de la grossesse, ces travaux vont permettre d’améliorer la compréhension des complications cardiovasculaires gestationnelles. / Pregnancy is characterized by marked hemodynamic and metabolic changes, which have consequences on the heart. The adaptation of the heart to this physiological situation requires a remodeling of its structure, and consequently functioning adjustments. Mechanisms responsible for these adaptations are largely unknown. However, this knowledge is essential for the understanding of cardiovascular complications, such as gestational hypertension (GH), which represents a risk for the mother and the fœtus. To characterize cardiac adaptations to pregnancy, our experimental approach consisted in studying this remodelling at the level of left ventricle cardiomyocytes. Therefore, our first objective was to determine structural and functional modifications of cardiomyocytes in pregnant rats to be able to identify their variations in GH. In pregnant rats, structural remodelling of cardiomyocytes was characterized by a proportional volume expansion. GH was induced by a high sodium supplement (0.9% NaCl). In hypertensive rats, we observe significant cell volume shrinkage. The study of functional modifications elicited a strong relationship between metabolic adaptations and cell contractility. According to our results, in pregnant rats cardiomyocyte contractility was increased in presence of energy substrates lactate and pyruvate. This effect was weaker in the cells from hypertensive rats. This suggested modifications of the excitation-contraction coupling, in which L-type calcium currents (ICa-L) play an important role. Unexpectedly, lactate and pyruvate induced a significant increase in ICa-L only in hypertensive rats. In pathological conditions, mineralocorticoid receptors (MR) have been shown to mediate structural as well as functional remodelling of the heart. Our study is the first to investigate MR involvement in cardiac remodelling during pregnancy. Thus, our second objective was to determine MR involvement in cardiomyocyte remodelling. For this study, pregnant rats were treated with potassium canrenoate of (20 mg / kg / day), a MR antagonist. Our results revealed that MR inhibition during the pregnancy elicited a significant decrease of cell volume. MR inhibition has also affected metabolism and cellular functioning relationship. Indeed, plasma concentration of lactate was lower, which was in correlation with its blunted effect on cell contractility. In women, pregnancy-induced hypertrophy is associated with changes in electrical properties of the heart. Indeed, repolarisation is prolonged, which is characterised by a longer duration of QTc interval on the electrocardiogram. Regulation mechanisms involved in this adaptation are still largely unknown. Our third objective was therefore to determine the role of MR in the adaptation of repolarisation to pregnancy. Pregnancy induced a prolongation in QTc interval, which correlates with a decrease in potassium currents Ito and IK1. MR inhibition prevented QTc interval prolongation and the lowering of Ito. Our study gives a new insight of pregnancy-induced cardiac hypertrophy, which is provided by investigations at the cellular level. Our results demonstrate that pregnancy and GH are characterised by opposite remodellings. Moreover, in pregnancy the contractile function is dependent on metabolic adaptations. This is all the more glaring in GH as metabolic alterations induced modifications of electric properties to maintain contractile functioning. Furthermore, our work reveals MR involvement in the regulation of morphology, metabolism/contractility relationship, and repolarisation. By improving the knowledge of hypertrophy during pregnancy, this work contributes to improve the understanding of pregnancy-induced cardiac complications.

L’activation du système rénine-angiotensine-aldostérone peut entraîner le développement d’une hypertension artérielle et de la fibrose cardiaque. Toutefois, au cours de la grossesse, malgré une hausse substantielle des niveaux d’aldostérone, ces effets délétères ne sont pas observés. L’aldostérone exerce ses effets via les récepteurs des minéralocorticoïdes, les MR, qui peuvent également lier le cortisol avec une affinité similaire. La régulation des niveaux locaux de ce glucocorticoïde par les 11β-hydroxystéroïde déshydrogénases (11β-HSD) est donc essentielle pour éviter une stimulation inappropriée des MR. Nous suggérons que, durant la grossesse, ces enzymes sont impliquées dans la protection de la mère et du foetus contre les niveaux élevés d’aldostérone et de cortisol. Notre hypothèse de travail est que les mécanismes d’adaptation qui prennent place au cours de la grossesse nécessitent des changements d’expression (ARNm et protéine) et d’activité des 11β-HSD spécifiques selon le tissu. Des rates Sprague-Dawley ont été sacrifiées aux jours 14, 17, 19 et 22 de gestation (terme = jour 23) et leurs organes ont été collectés. Dans le rein, les niveaux protéiques des 11β-HSD sont diminués en fin de gestation. Dans le placenta, on observe une importante chute de l’expression génique et protéique de la 11β-HSD1 au jour 17 tandis que la 11β-HSD2 y est augmentée. L’expression et l’activité de la 11β-HSD2 sont par la suite diminuées jusqu’à terme. Aucune différence significative n’est retrouvée dans le ventricule gauche cardiaque. En conclusion, nos résultats démontrent que la gestation est accompagnée d’importants changements dans le placenta, possiblement pour assurer un développement foetal adéquat, tandis que le rein et le coeur sont peu ou pas affectés. Des études plus approfondies sur l’expression des MR dans ces tissus nous aideront à mieux comprendre l’implication des 11β-HSD au fil de la gestation. / The activation of the renin-angiotensin-aldosterone system can lead to hypertension and cardiac fibrosis. However, despite a substantial elevation of aldosterone during pregnancy, those adverse effects are not observed. Aldosterone acts via the mineralocorticoid receptors (MR) which can also bind cortisol with a similar affinity. Regulation of the local levels of this glucocorticoid by the 11β-hydroxysteroid dehydrogenases (11β-HSD) is thus crucial to avoid overstimulation of MRs. We believe that these enzymes are involved in the maternal and fetal protections against the high levels of aldosterone and cortisol observed during pregnancy. We propose that the adaptative mechanisms occurring during normal pregnancy involve tissue-specific changes in the expression (mRNA and protein) and activity of both 11β-HSDs. Pregnant Sprague-Dawley rats were sacrified on day 14, 17, 19 or 22 of gestation (term = day 23) and their organs were collected. In the kidney, our results have shown that 11β-HSDs protein levels decrease in late gestation. In the placenta, a dramatic decrease of 11β-HSD1 mRNA and protein expressions is observed on day 17 while 11β-HSD2 levels are increased. Expression and activity of the 11β-HSD2 are then decreased up to day 22. No significant differences were detected in the left cardiac ventricle. In conclusion, our results demonstrate that gestation is associated with important modifications in the placenta, possibly to ensure a normal fetal growth, while expression in the kidney and the heart is barely changed. More studies on MR expression in those tissues will be required to better characterise the function of the 11β-HSDs throughout pregnancy.