L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie. / Endothelin-1 has emerged as an extremely potent vasoactive peptide exhibiting potent mitogenic activity in vascular smooth muscle cells (VSMCs). A critical role of ET-1 in many cardiovascular diseases, such as atherosclerosis, hypertension, restenosis after angioplasty, heart failure and arrhythmia has been suggested. ET-1 exerts its effects through multiple signaling pathways which include Ca2+, mitogen-activated protein kinases (MAPKs) including extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2) and phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB)/Akt pathways. Several studies have also demonstrated that reactive oxygen species (ROS) may play an important role in mediating the signals of several growth factors and peptides hormones linked to these pathways. We have previously reported that ET-1 generates ROS which mediates ET-1-induced signaling. H2O2, an important ROS molecule, activates both MAPKs and PKB signaling in VSMCs. In addition, we have also suggested that Ca2+ and CaM are essential to trigger H2O2-induced ERK1/2, p38 and PKB phosphorylation in A-10 VSMCs. Ca2+/calmodulin (CaM)-dependent protein kinase II (CaMKII) is a multifunctional serine/threonine protein kinase which is believed to transduce the downstream effects of Ca2+/CaM, and has been shown to be involved in H2O2-induced signaling in endothelial cells. However, a role of CaMKII in mediating ET-1 and H2O2-induced ERK1/2, PKB, Pyk2 phosphorylation, as well as its effect on hypertrophic and proliferative responses of ET-1 in VSMCs remains unexplored. Interestingly, a role of CaMKII in several cardiovascular diseases has been reported and studies showing that pharmacological inhibition of CaMKII, by using KN-93, prevent arrhythmic activity improved vascular dysfunction in diabetes or in Ang II-induced hypertension. Nitric oxide (NO) is also an important reactive species and vasoactive molecule involved in the regulation of several hormone-mediated responses. NO has been suggested to modify growth-promoting signaling events and thus may serve as a vascular protective agent. Studies have shown that NO can attenuate EGF and Ang II-induced Ras/Raf/ERK1/2 as well as increase in PKB phosphorylation signaling pathways. There is also evidence for a potential cross-talk between ET-1 and NO, however not much information on the ability of NO to modify ET-1-induced signaling in VSMCs is available. Therefore, the work presented in this thesis has investigated the role of CaMKII system in ET-1 and H2O2-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation, as well as in cell growth and proliferation evoked by ET-1 in VSMCs. We also investigated the role of NO in ET-1-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation as well as protein synthesis. In the first part of our studies, by using three different approaches, i.e. use of pharmacological inhibitors, a CaMKII AIP (autoinhibitor peptide) and siRNA techniques, we have investigated the involvement of CaMKII in ET-1-induced ERK1/2 and PKB phosphorylation in A-10 VSMC. We have demonstrated that CaMKII mediates the effect of ET-1 on ERK1/2 and PKB phosphorylation in A-10 VSMC. By using pharmacological inhibitor alone such as, KN-93, earlier studies have reported that AngII and Ca2+ elevating agents, such as ionomycin, exert their effects on ERK1/2 phosphorylation via CaM-dependent pathways in VSMC. However, by using multiple approaches, our studies, have provided the first evidence to suggest an involvement of CaMKII in mediating the effect of ET-1 on ERK1/2 and PKB phosphorylation in A-10 VSMC. We have also reported for the first time, a crucial role of CaMKII in vascular pathophysiology related to ET-1 by regulating the growth and hypertrophic events by using the technique of [3H]leucine and [3H]thymidine incorporation. In the second part, in view of earlier studies showing that ROS mediates ET-1-induced signaling events in VSMC, we have also investigated if CaMKII is also implicated in H2O2-induced activation of ERK1/2 and PKB pathways. By using both pharmacological and molecular approaches, we show that similar to ET-1, CaMKII serves as a critical upstream component in triggering H2O2-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation in VSMC. Furthermore, since we have previously reported that IGF-1R transactivation is needed for H2O2-induced PKB activation, we have investigated the effect of CaMKII inhibition and knocking-down on IGF-1R phosphorylation evoked by H2O2. Taken together, these results demonstrate that CaMKII plays a critical upstream role in mediating the effect of H2O2 on ERK1/2, PKB and IGF-1R phosphorylation. In the third part of our studies, we have investigated the molecular mechanism by which NO exerts its anti-mitogenic and anti-hypertrophic effect on ET-1-induced signaling. By testing the effect of two different NO donors (SNAP and SNP) and L-NAME, an inhibitor of NO synthase, in ET-1-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation, we observed that NO has an inhibitory effect in ET-1-induced signaling in VSMC. In addition, 8-Br-cGMP, an analogue of cGMP, exerted similar effect to that of NO donors whereas, oxadiazole quinoxalin (ODQ), an inhibitor of soluble guanylyl cyclase (sGC), reversed the inhibitory effect of NO. We conclude that NO, in a cGMP-dependent manner, attenuated ET-1-induced phosphorylation of ERK1/2, PKB and Pyk2 and also antagonized the hypertrophic effects of ET-1, since SNAP treatment decreased the protein synthesis induced by ET-1. In summary, the studies presented in this thesis demonstrate that both ET-1 and H2O2 induce ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation in VSMC and CaMKII activation is required for these events. We have also shown that CaMKII phosphorylation is upstream of H2O2-induced IGF-1R transactivation in VSMC. We have also provided evidence that NO attenuates ET-1-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation. Finally, we have established that CaMKII activation stimulates ET-1-evoked protein and DNA synthesis, yet NO attenuates protein synthesis induced by ET-1. Keywords : Endothelin; Hydrogen peroxide; CaMKII; Nitric oxide; Vascular; Protein Kinase B; Extracellular Signal-Regulated Kinase1/2; IGF-1R; Growth.

La thérapie cellulaire est une avenue pleine de promesses pour la régénération myocardique, par le remplacement du tissu nécrosé, ou en prévenant l'apoptose du myocarde survivant, ou encore par l'amélioration de la néovascularisation. Les cellules souches de la moelle osseuse (CSMO) expriment des marqueurs cardiaques in vitro quand elles sont exposées à des inducteurs. Pour cette raison, elles ont été utilisées dans la thérapie cellulaire de l'infarctus au myocarde dans des études pre-cliniques et cliniques. Récemment, il a été soulevé de possibles effets bénéfiques de l'ocytocine (OT) lors d’infarctus. Ainsi, l’OT est un inducteur de différenciation cardiaque des cellules souches embryonnaires, et cette différenciation est véhiculée par la voie de signalisation du monoxyde d’azote (NO)-guanylyl cyclase soluble. Toutefois, des données pharmacocinétiques de l’OT lui attribue un profil non linéaire et celui-ci pourrait expliquer les effets pharmacodynamiques controversés, rapportés dans la lttérature. Les objectifs de ce programme doctoral étaient les suivants : 1) Caractériser le profil pharmacocinétique de différents schémas posologiques d'OT chez le porc, en développant une modélisation pharmacocinétique / pharmacodynamique plus adaptée à intégrer les effets biologiques (rénaux, cardiovasculaires) observés. 2) Isoler, différencier et trouver le temps optimal d’induction de la différenciation pour les CSMO porcines (CSMOp), sur la base de l'expression des facteurs de transcription et des protéines structurales cardiaques retrouvées aux différents passages. 3) Induire et quantifier la différenciation cardiaque par l’OT sur les CSMOp. 4) Vérifier le rôle du NO dans cette différenciation cardiaque sur les CSMOp. Nous avons constaté que le profil pharmacocinétique de l’OT est mieux expliqué par le modèle connu comme target-mediated drug disposition (TMDD), parce que la durée du séjour de l’OT dans l’organisme dépend de sa capacité de liaison à son récepteur, ainsi que de son élimination (métabolisme). D'ailleurs, nous avons constaté que la différenciation cardiomyogénique des CSMOp médiée par l’OT devrait être induite pendant les premiers passages, parce que le nombre de passages modifie le profile phénotypique des CSMOp, ainsi que leur potentiel de différenciation. Nous avons observé que l’OT est un inducteur de la différenciation cardiomyogénique des CSMOp, parce que les cellules induites par l’OT expriment des marqueurs cardiaques, et l'expression de protéines cardiaques spécifiques a été plus abondante dans les cellules traitées à l’OT en comparaison aux cellules traitées avec la 5-azacytidine, qui a été largement utilisée comme inducteur de différenciation cardiaque des cellules souches adultes. Aussi, l’OT a causé la prolifération des CMSOp. Finalement, nous avons observé que l'inhibition de la voie de signalisation du NO affecte de manière significative l'expression des protéines cardiaques spécifiques. En conclusion, ces études précisent un potentiel certain de l’OT dans le cadre de la thérapie cellulaire cardiomyogénique à base de cellules souches adultes, mais soulignent que son utilisation requerra de la prudence et un approfondissement des connaissances. / Cell therapy has been suggested as a promising treatment for myocardial regeneration through cardiomyocyte replacement or by preventing apoptosis of surviving myocardium and/or improving neovascularisation. Bone marrow stem cells (BMSCs) express cardiac markers in vitro upon stimulation with different inducers. The BMSCs have been used as cell therapy after myocardial infarction (MI) in pre-clinical and clinical studies. Recent reports have uncovered the potential beneficial effects of oxytocin (OT) after MI. Particularly, OT is an inducer of cardiomyogenic differentiation of embryonic stem cells and this differentiation is mediated by the nitric oxide (NO)-soluble guanylyl cyclase pathway. However, some studies have shown that OT exhibits nonlinear pharmacokinetics and that this could explain the previously described controversial hemodynamic alterations. Therefore the objectives of the present work were to: 1) Characterize the pharmacokinetic profile of different dosing regimens of OT in swine, by using a more suitable pharmacokinetic / pharmacodynamic modelization that could explain the time-course of cardiovascular and renal effects observed following OT administration. 2) To isolate, differentiate and find the optimum time of porcine BMSC (pBMSC) differentiation based on the expression of cardiac related transcription factors and structural proteins expressed at different passages. 3) To induce and quantify the OT-mediated cardiomyogenic differentiation of pBMSCs. 4) To document the role of the NO pathway in the OT-mediated cardiomyogenic differentiation of pBMSCs. We found that OT pharmacokinetics are better explained by target-mediated drug disposition (TMDD) kinetics, because the time-course of plasma OT concentration depends on the binding capacity to its receptor, as well as OT elimination (metabolism). Also, we found that OT-mediated cardiomyogenic differentiation of pBMSCs should be induced during the first passages, because passaging affects the phenotypic profile of pBMSCs, as well as the differentiation potential of pBMSCs. We observed that OT induces cardiomyogenic differentiation of pBMSCs, because OT-induced cells expressed cardiac markers, and the expression of cardiac specific proteins was more abundant in OT-treated cells vs. 5-azacytidine-treated cells, which has been used widely as a cardiomyogenic differentiation inducer of adult stem cells. Moreover, OT improved proliferation of pBMSCs. Finally, we observed that the inhibition of the NO pathway significantly affects the expression of cardiac specific proteins. To conclude, these studies demonstrate some interesting potential in cardiomyogenic differentiation of adult stem cells for OT, but its precise role in cell therapy will need prudence and further investigations.

De nombreuses réactions enzymatiques sont à l’origine de processus physiologiques au sein des organismes vivants. Ces réactions sont basées sur des transferts de protons et d’électrons et con-duisent souvent à la production d’espèces secondaires. Parmi elles, les espèces réactives de l’oxygène et de l’azote (ROS, RNS) présentent un intérêt particulier puisqu’elles jouent un double rôle : d’une part en permettant à l’organisme de réagir à un stress par l’activation de voie de signalisation redox, et d’autre part ces ROS et RNS peuvent causer des dommages tissulaires et être à l’origine de dys-fonctionnement (stress oxydant) au sein de l’organisme. La haute réactivité de ces espèces induit leurs faibles durées de vie (ns-min) et rend l’étude de certaines réactions enzymatiques difficiles en solu-tion. Ce projet de thèse a pour objectif de développer un microréacteur biomimétique pour l’étude d’activités enzymatiques produisant des ROS/RNS. En effet, en confinant une réaction au sein d’un compartiment de taille équivalente à celle d’une cellule (20-100 μm de diamètre), les espèces générées (H2O2, NO•, NO2-) doivent pouvoir être sondées in situ avec une résolution cinétique et quantitative. Des vésicules unilamellaires géantes sont formées en conditions physiologiques et servent de micro-réacteurs pour l’analyse des activités enzymatiques de la glucose oxydase et des NO-synthases. La microscopie de fluorescence permet l’observation des vésicules et le suivi du déclenchement de la réaction assuré par microinjection. Les espèces produites sont ensuite détectées en temps réel par électrochimie afin de déchiffrer à terme les différentes voies enzymatiques des NO-Synthases. / Enzymatic reactions are involved in many physiological phenomena in living organisms. These reactions are based on protons and electrons transfers and can lead to the production of by-products. Among them, reactive oxygen and nitrogen species (ROS and RNS) are of great interest as they play a double role: on the one hand by allowing the organism to react to a stress by the activation of signaling redox pathways, and on the other hand, ROS and RNS can cause oxidative damages to tissues ensuing dysfunctions in the organism. The high reactivity of such species induce their short lifetimes (ns-min) and leads to uncertainties when it comes to the study of some enzymatic reactions in bulk. This PhD project aims to develop a biomimetic microreactor for the study of enzymatic ac-tivities producing ROS/RNS. Indeed, by confining a reaction within a cell-sized compartment (20-100 μm diameter), the generated species (H2O2, NO•, NO2-) could be analyzed in situ with a quantita-tive and kinetic resolution. Giant unilamellar vesicles are formed in physiological conditions and are used as microreactors for the monitoring of enzymatic activities of glucose oxidase and NO-synthases. Fluorescence microscopy allows individual vesicle observation and the monitoring of reactions trig-gered by microinjection. Then, released species are detected in real-time by electrochemistry in order to decipher the diverse enzymatic pathways of NO-Synthases.

Différentes études ont montré que les facteurs liés au mode de vie, de même que le vieillissement ou l’amélioration des tests de diagnostic et de screening, ne peuvent à eux seuls expliquer l’incidence croissante des cancers dans les pays dits industrialisés. Bien que des changements de comportements aient conduit à une diminution du nombre de cancers en France, l’incidence des carcinomes hépatocellulaires est toujours en augmentation. D’autres facteurs oncogéniques, tels que l’exposition à des cancérogènes de l’environnement pourraient intervenir. Parmi ceux-ci, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), dont le benzo[a]pyrène (B[a]P) est le chef de file, et qui sont retrouvés notamment dans la fumée de cigarette, les gaz d’échappements ou les aliments grillés, constituent une priorité en termes de santé publique du fait de leurs effets cancérogènes. Une caractéristique-clé commune à tous les cancers a trait à leur métabolisme énergétique particulier, basé sur la glycolyse. Cependant, rien n’est connu quant à une possible reprogrammation métabolique due aux HAP. L’objectif global de mon projet de thèse a donc été d’étudier l’impact in vitro du B[a]P, utilisé à faible concentration, sur le métabolisme énergétique, de préciser le rôle de la reprogrammation métabolique dans le contrôle de la balance survie/apoptose par le B[a]P et de caractériser les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués. Nous avons d’abord identifié une production de monoxyde d’azote (NO) résultant de l’activation de la iNOS par le B[a]P, et agissant comme un signal de survie, possiblement via une hyperpolarisation mitochondriale. Nous avons ensuite démontré que le B[a]P induit une reprogrammation métabolique des cellules en favorisant un métabolisme glycolytique au détriment de la phosphorylation oxydative. Enfin, nous avons identifié IF1, l’inhibiteur physiologique de la F0F1ATPase, comme une nouvelle cible des HAP, participant à la reprogrammation métabolique et capable de promouvoir la survie sous l’effet du B[a]P. Au total, nous montrons que ces altérations du métabolisme mitochondrial promues par le B[a]P, sont à l’origine de signaux de survie dans notre modèle de cellules épithéliales hépatiques F258. Ces mécanismes pourraient ainsi contribuer à la progression tumorale sous l’effet des HAP. / Various studies have shown that factors related to lifestyle (smoking, diet, etc.), as well as aging or even the improved efficiency of diagnostic and screening tests, cannot explain by themselves the rising incidence of cancers in the industrialized countries. Although evolution of behaviors has helped reducing the number of cancers in France, the incidence of hepatocellular carcinomas is still increasing. This alarming result could be related to other oncogenic factors such as chronic exposure to environmental carcinogens. Among these compounds, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), including benzo[a]pyrene (B[a]P), the prototype carcinogen of this family, especially found in cigarette smoke, exhaust fumes or grilled food, are a priority in terms of public health due to their high carcinogenic potential. A key feature of cancer cells is related to their predominant glycolytic metabolism. However, nothing is known yet about a possible metabolic reprogramming upon PAH exposure. My PhD project has aimed at characterizing the impact of a low B[a]P concentration on energy metabolism, at clarifying the role of such a metabolic reprogramming in cell fate determination, and at elucidating the cellular and molecular basis of this phenomenon. We first identify a production of nitric oxide (NO), involving the activation of iNOS by B[a]P, and acting as a survival signal. We then demonstrate that B[a]P induces a metabolic reprogramming, thus promoting a glycolytic metabolism at the expense of oxidative phosphorylation. Finally, we identify IF1, the physiological inhibitor of the F0F1ATPase as a new target of PAHs, which participates in the B[a]P-elicited metabolic reprogramming and survival. To sum up, we identify new alterations of mitochondrial metabolism, acting as survival signals in B[a]P-treated rat hepatic epithelial F258 cells. These mechanism could therefore contribute to tumor progression.

La pandémie de maladies cardiovasculaires, actuellement en hausse, pose un problème majeur de santé publique. Malgré les progrès remarquables de la médecine au cours des précédentes décennies, les maladies cardiovasculaires constituent à l’heure actuelle la première cause de mortalité et de morbidité dans le monde. Parmi ces maladies, l’insuffisance cardiaque occupe une place assez importante. Les recherches réalisées au cours de ces dernières années ont permis d’établir que de nombreux facteurs de risque cardiovasculaire comme l’hypertension artérielle, le diabète, l’hyperlipidémie, l’obésité et le tabagisme s’accompagnent d’une dysfonction endothéliale précoce, caractérisée par la diminution de la biodisponibilité du monoxyde d’azote, et d’une rigidité artérielle. La DE semble être le dénominateur commun aux lésions microvasculaires, résultant d’une augmentation du stress oxydatif et d’une activation des voies de l’inflammation. Les conséquences fonctionnelles de ces lésions sont une altération de la capacité de la vasodilatation en réponse aux stimuli physiologiques, une augmentation de la rigidité artérielle et une ischémie tissulaire relative.Pour ce faire, nous avons étudié l’effet des différents facteurs affectant la fonction endothéliale microvasculaire et la biodisponibilité endothéliale du NO chez le sujet sain et pathologique, à l’aide d’une technique non invasive et reproductible appelée « laser Doppler imaging ».Nous avons dès lors démontré que le jeûne intermittent améliore la fonction endothéliale microvasculaire, produit une augmentation de la biodisponibilité du NO chez des sujets masculins en surcharge pondérale par rapport au groupe contrôle, de même qu’il exerce un effet favorable sur la tension artérielle et les paramètres biologiques.Dans un deuxième temps, nous avons examiné les effets des assistances ventriculaires à flux continu centrifuge sur les patients insuffisants cardiaques au stade terminal. Ainsi, nous avons pu montré que ces pompes, n’altèrent pas la dysfonction endothéliale existante chez les patients non assistés, et qu’elles sont respectueuses de la production du vWF, et permettent ainsi de diminuer l’incidence des hémorragies sans pour autant induire de thromboses. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le syndrome métabolique est constitué d'une constellation d'anomalies métaboliques telles que l'obésité centrale, une altération de la glycémie à jeun, une hypertriglycéridémie, un faible taux de cholestérol HDL et de l'hypertension artérielle. Les maladies cardiovasculaires caractérisées par une dysfonction endothéliale sont le résultat clinique primaire du syndrome métabolique. De plus, les microparticules (MP), de petites vésicules membranaires libérées de la membrane plasmique des cellules activées et / ou apoptotiques ont été décrites comme étant impliquées dans la pathogenèse du syndrome métabolique car elles induisent une dysfonction endothéliale par la diminution du monoxyde d’azote (NO). D'autre part, des MPs générées à partir de cellules T apoptotiques sont capables induire une dysfonction endothéliale par la diminution de la production de NO. Cependant, les mécanismes par lesquels les MPs humaines induisent cette dysfonction endothéliale ne sont pas complétement élucidés. Ainsi, l'objectif de cette étude est d'étudier les mécanismes par lesquels les MPs humaines induisent une dysfonction endothéliale. / Metabolic syndrome (MetS) consists of a constellation of metabolic abnormalities such as central obesity, impaired fasting glucose, hypertriglyceridemia, low HDL cholesterol and hypertension. Cardiovascular diseases are the primary clinical outcome of MetS whereas endothelial dysfunction represents a primary disturbance in cardiovascular events. Recently, it has been shown that microparticles (MPs), small membrane vesicles released from the plasma membrane of activated and/or apoptotic cells, are involved in the pathogenesis of MetS by inducing endothelial dysfunction through the decrease of nitric oxide (NO) production. Also, MPs from apoptotic T cells induce endothelial dysfunction by decreasing NO production. However, the mechanism through which this endothelial dysfunction takes place is not completely elucidated. Thus, the objective of this study is to study the mechanisms through which human MPs induce endothelial dysfunction.

Le réticulum endoplasmique et la mitochondrie sont deux organites majeurs impliqués dans la régulation du métabolisme glucido-lipidique. Ces structures interagissent au niveau de points de contact étroits appelés Mitochondria-Associated Endoplasmique Reticulum Membranes (MAMs). Les MAMs sont une zone de communication et d’échanges, de lipides et de calcium entre autre, indispensables à l’activité des deux organites et au maintien de l’homéostasie cellulaire. Des connexions physiques sont assurées par l’interaction de protéines complémentaires, comme le canal anionique voltage-dépendant (VDAC)-1, la protéine chaperonne (Grp)-75 et le récepteur de l'inositol 1,4,5-triphosphate (IP3R)-1, constituant un complexe impliqué dans le transfert de calcium. D’autres acteurs comme les mitofusines 1 et 2 (MFN1/2) assurent également un rapprochement entre les deux organites et semblent jouer un rôle dans les échanges des lipides. Récemment, les MAMs sont apparues comme un nouveau carrefour de la signalisation de l’insuline dans le foie. Le monoxyde d’azote (NO) participe également au contrôle de la réponse à l’insuline hépatique et a une action spécifique sur la mitochondrie. Mes travaux de thèse ont montré que le NO à des concentrations physiologiques module les interactions entre le RE et la mitochondrie dans le foie et que son action sur les MAMs implique la voie de signalisation sGC/cGMP/PKG. J’ai également démontré que la modulation des MAMs par le NO semble jouer un rôle clé dans la régulation de la voie de signalisation à l’insuline (projet1). Par ailleurs, j’ai exploré l’importance des MAMs dans la régulation du métabolisme lipidique. Pour cela, j’ai modulé l’expression protéique de Grp75 et Mfn2 sur un modèle d’hépatocarcinome humain (Huh7). Mes résultats ont montré qu’une surexpression des deux protéines améliore les MAMs et la β-oxydation mitochondriale mais conduit à une accumulation intracellulaire de lipides. Ceci serait dû à un défaut de sécrétion des lipides dans les lipoprotéines VLDL et pourrait impliquer l’apparition d’un stress mitochondrial et une altération des échanges de phospholipides entre les deux organites (projet 2). Par conséquence mon travail confirme le rôle physiologique des MAMs et éclaire les mécanismes d’actions de cette plateforme cellulaire dans la régulation du métabolisme glucido-lipidique hépatique. A plus long terme ces connaissances participeront peut-être à l’identification de potentielles cibles thérapeutiques afin de prévenir la stéatose et la résistance à l’insuline hépatiques et leurs complications / The endoplasmic reticulum and mitochondria are two major organelles involved in the regulation of glucose and lipid metabolism. These structures interact at close contact points called Mitochondria-Associated Endoplasmic Reticulum Membranes (MAMs). MAMs constitute an area of communication and exchange, of lipids and calcium among others, essential for the activity of both organelles and the maintenance of cellular homeostasis. Physical connections are ensured by the interaction of complementary proteins, such as the voltage-dependent anionic channel (VDAC)-1, the chaperone protein (Grp)-75 and the inositol 1,4,5-triphosphate receptor (IP3R)-1, constituting a complex involved in calcium transfer. Other actors such as mitofusins 1 and 2 (MFN1/2) also connect the two organelles and are involved in lipid exchanges. Recently, MAMs have emerged as a new carrefour for insulin signaling in the liver. Nitric oxide (NO) also helps control the response to hepatic insulin and has a specific action on mitochondria. My thesis work showed that NO at physiological concentrations modulates the interactions between RE and mitochondria in the liver and that its action on MAMs involves the sGC/cGMP/PKG signalling pathway. I also demonstrated that NO modulation of MAMs plays a key role in regulating the insulin signaling pathway (project 1). In addition, I explored the importance of MAMs in the regulation of lipid metabolism. For that purpose, protein expression of Grp75 and Mfn2 was modulated in a human hepatocarcinoma model (Huh7). Results showed that overexpression of both proteins improves MAMs and mitochondrial β-oxidation but leads to intracellular lipid accumulation. This could be due to a defect in lipid secretion in VLDL lipoproteins and could imply the appearance of mitochondrial stress and an alteration of phospholipid exchanges between the two organelles (project 2). Consequently, my work confirms the physiological role of MAMs and sheds light on the mechanisms of action of this cellular platform in the regulation of glucose and lipid metabolism in the liver. In the longer term, this knowledge may contribute to the identification of potential therapeutic targets to prevent steatosis and hepatic insulin resistance and their complications

Le système kallicréine-kinines est un système peptidergique complexe impliqué dans les processus inflammatoires, le contrôle du tonus et de la perméabilité vasculaire. Les effets biologiques des kinines sont accomplis par l’intermédiaire de deux types de récepteurs couplés aux protéines G, soit le récepteur B1 (B1R) et le récepteur B2 (B2R). Alors que le B2R est un récepteur constitutif, le B1R est faiblement exprimé en situation physiologique; il est induit par le stress oxydatif, les cytokines pro-inflammatoires (interleukine-1β (IL-1β) et le facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α)) ou par des endotoxines bactériennes à la fois au niveau systémique et local, notamment dans la rétine. Des études récentes de notre laboratoire ont montré l’implication du B1R dans la pathogenèse et la progression de la rétinopathie diabétique et de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). Les objectifs des travaux présentés dans cette thèse consistent à déterminer : 1) le mécanisme par lequel le B1R est impliqué dans la rétinopathie diabétique chez le rat; 2) l’implication de la iNOS en aval dans la cascade inflammatoire activée par le B1R; 3) l’expression et la localisation cellulaire du B1R dans les rétines humaines atteintes de DMLA exsudative et atrophique. Nos résultats ont permis de démontrer une implication du B1R dans la rétinopathie diabétique via l’activation de l’enzyme de synthèse du monoxyde d’azote inductible (iNOS) dans un modèle de diabète de type 1 induit par la streptozotocine (STZ) chez le rat. En plus de sa localisation généralisée dans toute la rétine, le B1R est exprimé dans la couche de l’épithélium pigmentaire qui forme la barrière hémato-rétinienne externe. Les taux d’expression (protéique et ARNm) du B1R, de la iNOS, de la carboxypeptidase M (impliquée dans la biosynthèse des agonistes B1R), de l'IL-1β, du TNF-α, du facteur de croissance de l'endothélium vasculaire A (VEGF-A) et de son récepteur, le VEGF-R2, ainsi que des protéines nitrosylées augmentent à deux semaines dans la rétine diabétique. Ces augmentations ainsi que l’hyperperméabilité vasculaire rétinienne induite par le diabète et par l’injection intravitréenne d’un agoniste du B1R (R-838) sont bloquées par un inhibiteur de la iNOS (1400W) appliqué topiquement à la surface de l’œil pendant 1 semaine (premier article). Les résultats du deuxième article montrent une augmentation significative de l'immunoréactivité du B1R dans les rétines humaines prélevées de patients atteints de DMLA exsudative. Toutefois, les changements d’immunoexpression du B1R ne sont pas significatifs dans les rétines des patients atteints de DMLA atrophique. La réactivité des cellules gliales est plus marquée dans la forme exsudative que dans la forme atrophique de DMLA. Une colocalisation du B1R est observée avec des marqueurs des cellules de Müller, des astrocytes, de la microglie, de la iNOS et de la fibrose, suggérant une implication du B1R dans le processus inflammatoire et la formation de fibrose dans la DMLA exsudative. En revanche, l’expression du B2R demeure stable dans les rétines de DMLA exsudative et atrophique par rapport aux rétines témoins; ce résultat ne supporte pas la possibilité que ce récepteur puisse être impliqué dans la DMLA chez l’humain. / The kallikrein-kinins system is a peptidergic system involved in inflammatory processes, the control of the vascular tone and permeability. These effects are mediated by two G proteincoupled receptors, the Bradykinin type 1 (B1R) and type 2 (B2R) receptors. While the B2R is a constitutive receptor, B1R is almost undetectable in physiological condition; it is, however, induced by oxidative stress, pro-inflammatory cytokines (interleukin-1β (IL-1β) and tumor necrosis factor-α (TNF-α)) or by bacterial endotoxins at both systemic and local levels, notably in the retina. Recent studies from our laboratory supported an implication of B1R in the pathogenesis and progression of diabetic retinopathy and age-related macular degeneration (AMD). This thesis aims at unraveling: 1) the mechanism by which B1R is involved in diabetic retinopathy in rats; 2) the involvement of iNOS in the inflammatory cascade downstream to the B1R; and, 3) the expression and cellular localization of B1R in human retinae with exudative and atrophic AMD. Our results have shown the implication of B1R in diabetic retinopathy via the activation of the inducible nitric oxide synthase (iNOS) in a type 1 model of diabetes induced by streptozotocin (STZ) in rats. In addition to its generalized localization throughout the retina, B1R is expressed in the retinal pigment epithelium which forms the outer blood-retinal barrier. The protein and transcript expression of inflammatory markers; iNOS, carboxypeptidase M, IL-1β, TNF-α, vascular endothelium growth factor A (VEGF-A) and its receptor, VEGF-R2, including B1R as well as nitrosylated proteins are increased in the retina of diabetic rats at 2 weeks post-STZ. These upregulations, as well as the retinal vascular hyperpermeability induced by diabetes and by the intravitreal injection of an B1R agonist (R-838) are blocked by a topical one-week treatment by eye-drop with the selective iNOS inhibitor (1400W) (first manuscript). The results of the second manuscript show significant increases in the immunoreactivity of B1R in exudative AMD retinae. Despite a slight increase, B1R immunostaining does not reach statistical significance in the retina of donors with atrophic AMD. The reactivity of glial cells is more impressive in the exudative than in the atrophic form of AMD. B1R is co-expressed with markers of Müller cells, astrocytes, microglia, iNOS and fibrosis, suggesting an involvement of B1R in the inflammatory events and the formation of fibrosis in exudative AMD. On the other hand, the expression of B2R remains stable in the retinae of exudative and atrophic AMD, supporting a secondary role of this receptor in AMD in humans.

La stéatose est la pathologie hépatique la plus répandue dans le monde, touchant environ 25 % de la population générale et jusqu’à 80 % des personnes en surpoids ou obèses. Cette maladie se traduisant par l’enrichissement des hépatocytes en triglycérides, est considérée comme bénigne. Cependant, environ 20 % des personnes atteintes de stéatose développent une stéatohépatite, pathologie caractérisée par une mort cellulaire et une inflammation et représentant un stade favorable au développement du carcinome hépatocellulaire. Les causes et mécanismes impliqués dans la progression de la stéatose vers la stéatohépatite sont encore à préciser. L’obésité, l’exposition aux contaminants environnementaux et la consommation d’alcool sont trois facteurs participant au développement des pathologies hépatiques. Pourtant, l’effet de l’interaction entre ces différents facteurs sur les pathologies hépatiques n’est pas connu. Dans ce contexte, cette thèse a eu pour objectif d’étudier l’impact d’une co-exposition au benzo[a]pyrène (B[a]P), un contaminant carcinogène environnemental, et à l’éthanol, utilisé à de faibles doses, sur les cellules hépatiques WIF-B9, présentant une stéatose préalable. Les résultats obtenus ont permis de démontrer qu’une telle exposition induit une progression de la stéatose hépatique vers un stade apparenté à une stéatohépatite, marquée par une augmentation de la mort cellulaire et de l’inflammation. Nous avons mis en évidence que la mort cellulaire résulterait de l’activation de p53 et d’une peroxydation lipidique. Une activation du récepteur aux hydrocarbures aromatiques et une production de monoxyde d’azote sont à l’origine de ces évènements via une modification du métabolisme de l’éthanol et du B[a]P conduisant à des dommages à l’ADN dépendants de la formation d’anion peroxynitrite. / Steatosis is the most common form of liver disease in the world, affecting around 25 % of the general population and up to 80 % of obese people. The disease is defined by the accumulation of triglycerides in hepatocytes and is generally considered as a benign condition. However, around 20 % of people with steatosis develop steatohepatitis, a disease characterized by cell death and inflammation, a condition that favors the development of hepatocellular carcinoma. The causes and mechanisms involved in the progression from steatosis to steatohepatitis are yet not fully understood. Obesity, exposure to environmental contaminants and alcohol consumption are three major factors contributing to the development of liver diseases. However, is still not yet clear what is the effect of the interaction between these different factors on liver diseases. In this context, the aim of this study was to evaluate the impact of a co-exposure to benzo[a]pyrene (B[a]P), an environmental carcinogenic contaminant, and ethanol, used at low doses, in WIF-B9 hepatic cell line, with a prior steatosis . The results demonstrate that this type of co-exposition induces a progression of hepatic steatosis to a steatohepatitis-like stage, marked by an increased cell death and an inflammation. We have shown that in this condition, cell death results from the activation of p53 and lipid peroxidation. Activation of the aromatic hydrocarbon receptor and production of nitric oxide are the origin of these events by a modification of both ethanol and B[a]P metabolism leading to peroxynitrite-dependent DNA damage.

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de décès dans le monde. Actuellement, leur prévalence croît en Afrique subsaharienne où l'hypertension représente un facteur de risque cardiovasculaire majeur. Différents médicaments sont utilisés pour le traitement de l'hypertension mais dans les pays à revenu faible en général, et en R.D.Congo en particulier, le niveau socio-économique bas de la population pousse cette dernière à faire appel à la médecine traditionnelle. En R.D.Congo, les tradithérapeutes utilisent une multitude de plantes pour traiter l’hypertension. Cependant, les propriétés pharmacologiques de certaines de ces plantes sur la fonctionnalité vasculaire n’ont pas encore été étudiées de manière approfondie.<p>Afin de donner une base scientifique à l’utilisation de ces plantes dans le traitement de l'hypertension artérielle en médecine traditionnelle congolaise, nous avons réalisé dans un premier temps une enquête ethnobotanique. Celle-ci a été menée auprès de tradipraticiens de Kinshasa et du Bas-Congo, dans l'ouest de la R.D.Congo, afin d'obtenir des informations spécifiques sur les plantes qui sont utilisées pour traiter l'hypertension. Suite à cette enquête, trois plantes ont été sélectionnées :les feuilles et les écorces de racines de Combretum racemosum P. Beauv (Combretaceae), les feuilles de Combretum celastroides subsp. laxiflorum Welw (Combretaceae) et les écorces de tronc et de racines d'Hymenocardia acida Tul. (Euphorbiaceae). L'évaluation de l'effet vasorelaxant des extraits polaires issus de ces plantes sur les anneaux d’aorte isolée de rat a montré que les extraits testés ont un effet vasorelaxant endothélium-dépendant. Tous les extraits induisent cet effet via la voie du NO-GMPc alors que ceux de feuilles et d'écorces de racines de Combretum racemosum agissent également via la voie des prostanoïdes. Ces extraits ont aussi une action antioxydante. Enfin, l'administration chronique des extraits polaires de feuilles de Combretum celastroides subsp. laxiflorum et d'écorces de racines d'Hymenocardia acida aux rats spontanément hypertendus a montré que ces deux extraits possèdent une activité antihypertensive. Dans le but de déterminer les composés phytochimiques responsables de l’activité vasorelaxante observée, les extraits polaires de feuilles de Combretum celastroides subsp. laxiflorum et d'écorces de racines d'Hymenocardia acida ont été soumis à un fractionnement sur une colonne de polyamide. Toutes les fractions obtenues ont présenté une activité antioxydante, mais l'activité vasorelaxante était concentrée dans une fraction dont l'analyse par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse après thiolyse a indiqué qu'elle était enrichie en procyanidines. En conclusion, notre étude montre l'intérêt de ces plantes dans le traitement de l'hypertension en médecine traditionnelle congolaise, intérêt qui mérite d’être confirmé par des études cliniques rigoureuses./<p><p>Cardiovascular diseases represent a major cause of death in the world. Currently, their prevalence grows in sub-Saharan Africa where hypertension represents a major cardiovascular risk factor. Different drugs are used for the treatment of hypertension, but in low-income countries in general and in the D.R.Congo in particular, low socio-economic level forces the population to frequently recourse to the traditional health systems. In D.R.Congo, the traditional healers use a variety of plants to treat hypertension, but the pharmacological properties of some of these plants on vascular function have not been investigated.<p>To provide a scientific basis for the use of these plants in the treatment of hypertension in Congolese traditional medicine, we first carried out an ethnobotanical survey among traditional healers in some districts of Kinshasa and Bas-Congo, in the west of D.R. Congo, to obtain specific information about the plants that are used as antihypertensive remedies. As a result of this investigation, three plants were selected :leaves and root bark of Combretum racemosum P. Beauv (Combretaceae), leaves of Combretum celastroides subsp. laxiflorum Welw (Combretaceae), and trunk bark and root bark of Hymenocardia acida Tul. (Euphorbiaceae). The evaluation of the vasorelaxant effect of the polar extracts from these plants on isolated rat aorta showed that all extracts have an endothelium-dependent vasorelaxant effect. All extracts induce the vasorelaxant effect through the NO-cGMP pathway while those of Combretum racemosum leaves and root bark also act via the prostanoids pathway. These extracts also showed an antioxidant activity. Chronic administration of polar extracts of Combretum celastroides subsp. laxiflorum leaves and Hymenocardia acida root bark to spontaneously hypertensive rats showed that both extracts have an antihypertensive activity. Both extracts were fractionated on a column of polyamide in order to determine the nature of the compounds responsible for the vasorelaxant activity. All fractions obtained had an antioxidant activity but the vasorelaxant activity was concentrated in one fraction. Analysis of this fraction by liquid chromatography-mass spectrometry after thiolysis indicated that it was enriched in procyanidins. In conclusion, our study shows the interest of these plants in the treatment of hypertension in Congolese traditional medicine, interest which should be confirmed by rigorous clinical studies.<p> <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished