Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 60-68. Publié aussi en version électronique.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Il y a maintenant une quinzaine d'années ± Hypoxia-inducible factor-1 ¿ (HIF-1) fut une découverte clé dans la régulation de la réponse homéostasique suite aux variations dans la disponibilité de l'oxygène. HIF-1 est un facteur hétérodimère composé d'une sous-unité constitutive, HIF-1 (3, et d'une sous-unité régulée par les niveaux d'oxygène, HIF-la. HIFl a est hydroxylée par les prolyl-hydroxylases (PHD), modification post-traductionnelle qui permet le recrutement de pVHL (product of the von Hippel-Lindau tumor suppressor gene) et du complexe E3 ligase et qui mène à l'ubiquitinylation et à la dégradation par le protéasome de HIF-la. En hypoxie, Thydroxylation est bloquée résultant en l'accumulation du complexe HIF-1 et l'activation des gènes cibles. Les études de quelques groupes, dont notre laboratoire, ont montré que HIF-la peut aussi être régulée par des stimuli non hypoxiques. Les travaux de cette thèse visent à démontrer les mécanismes par lesquels un stimulateur non hypoxique tel Ang II régule l'induction de la protéine HIF-la dans un modèle de cellules vasculaires musculaires lisses (VSMC). D'abord, la stimulation du récepteur ATi mène à l'activation de la transcription du gène de HIF-la via l'activation de la protéine kinase C (PKC) sensible aux diacylglycérols (DAG). Ang II augmente également la traduction de la protéine HIF-la via l'activation de la production de dérivés réactifs de l'oxygène (DRO) et l'activation subséquente de la voie phosphatidylinositol-3- kinase (PI3K) et de sa composante en aval, la p70S6 kinase. La p70S6K participe activement à la traduction d'ARNm contenant les séquences 5'TOP qui contiennent de 4 à 14 pyrimidines incluses dans le segment 5' non-codant notamment de l'ARNm de HIF-la. Ensuite, Ang II, via son récepteur ATI, transactive des récepteurs tyrosine kinase membranaires tels que le récepteur du ± epidermal-growth factor ¿ (EGFR) et le récepteur du ± insulin-like growth factor receptor ¿ (IGF-1R) qui ont un effet sur l'activation du complexe HIF-1 et sur l'induction protéique de HIF-la, respectivement. Enfin, la signalisation induite par Ang II mène à la stabilisation de la protéine HIF-la afin de maximiser l'induction de cette protéine hautement instable. L'état pro-oxydant induit par Ang II dans les VSMC favorise la diminution des niveaux intracellulaires d'ascorbate, cofacteur important des PHD, diminuant ainsi l'hydroxylation de HIF-la, augmentant donc sa stabilité. En somme, Ang II est un puissant activateur de HIF-1, lequel joue un rôle important dans la biologie des VSMC régulée par Ang II.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / L’hypertension artérielle pulmonaire (PAH) est une vasculopathie obstructive caractérisée par une oblitération du lumen des artères pulmonaires distales et une augmentation des résistances vasculaires menant à une augmentation des pressions pulmonaires (PAP) et une hypertrophie ventriculaire droite (RVH) compensatrice. Aucun médicament n’est capable à ce jour de stopper le processus, et lorsque l’hypertrophie compensatrice devient insuffisante, le ventricule droit (RV) se dilate et défaille. A l’origine de ce processus se trouve une hyper-prolifération, une résistance à l’apoptose et une augmentation de la motilité des cellules musculaires lisses vasculaires de l’artère pulmonaire (PASMCs), les rendant « pseudo-malignes ». Le laboratoire a précédemment démontré que le facteur de transcription NFAT (Nuclear factor of activated T-cells) est en partie impliqué dans ces désordres cellulaires en provoquant une augmentation des concentrations calciques intracellulaires et stimulant la prolifération ; et une hyperpolarisation du potentiel de membrane mitochondriale (ΔΨm) inhibant ainsi l’apoptose dépendante des mitochondries. Dans le chapitre 2 nous avons démontré pour la première fois dans le réseau vasculaire pulmonaire que le facteur de transcription STAT3 (Signal transducer and activator of transcription 3) est activé et impliqué de façon directe dans la régulation de l’expression de NFAT et de façon indirecte dans son activation via l’oncoprotéine serine/thréonine kinase Pim1 (Provirus integration site for Murine Moloney leukemia virus). L’inhibition de Pim1 in vitro et in vivo (modèle de rat injecté à la monocrotaline) est associée à une diminution de l’activité de NFATc2 et à un retour à un phénotype normal. De plus, les souris déficientes pour le gène Pim1 sont résistantes à une induction de la PAH par hypoxie ou monocrotaline. De plus nous avons démontré que l’expression de Pim1 corrèle avec la sévérité de la maladie dans le modèle expérimental et le modèle humain. Nous avons donc souligné l’intérêt de Pim1 comme cible thérapeutique et outil de diagnostic. Dans le chapitre 3, nous avons mis en évidence l’implication de la plateforme signalétique c-Src (sarcoma Schmidt-Ruppin A-2 viral oncogene homolog)/FAK (Focal adhesion kinase) dans la régulation du phénotype « pseudo malin » en partie par activation de STAT3. L’inhibition de FAK in vitro diminue la prolifération des cellules pathologiques, augmente leur sensibilité a l’apoptose et réduit leur motilité. In vivo, l’inhibition de FAK réduit les pressions pulmonaires et le remodelage vasculaire faisant de FAK une cible thérapeutique intéressante. Dans le chapitre 4 nous proposons finalement une autre option thérapeutique par l’utilisation de la dehydroepiandrosterone. Cette hormone naturelle a précédemment été remarquée comme bénéfique dans le traitement de l’hypertension artérielle pulmonaire de par ses propriétés vasodilatatrices. Nous avons montré ici qu’en inhibant STAT3 la DHEA possède également des propriétés antiprolifératives et que son utilisation clinique est prometteuse. Durant mes travaux de doctorat, j’ai pu donc mettre en évidence l’implication majeure de l’axe Src/FAK/STAT3/Pim1 dans la pathogénèse de l’hypertension artérielle pulmonaire. J’ai pu proposer diverses solutions thérapeutiques qui pourraient apporter de nouvelles issues cliniques plus ou moins rapidement. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is an obstructive vasculopathy characterized by distal pulmonary arteries lumen obliteration and increased vascular resistances, leading to a rise in pulmonary arterial pressure (PAP) and a compensatory right ventricular hypertrophy. Currently available therapies do not permit to reverse the established process and when the hypertrophy become insufficient, the right ventricle dilates and fails. This phenomenon is due to enhanced proliferation, survival and motility of pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs), which acquire a pseudo malignant phenotype. Our group previously described that the transcription factor NFAT (Nuclear factor of activated T-cells) is involved in these cellular disorders by increasing intracellular calcium level and enhancing proliferation; and by hyperpolarizing the mitochondrial membrane potential and decreasing mitochondrial-dependant apoptosis. In the Chapter 2, we demonstrated for the first time in the pulmonary vasculature, that STAT3 (Signal transducer and activator of transcription 3) regulates directly NFATc2 expression and indirectly NFATc2 activity via the oncoprotein serine/threonine kinase Pim1 (Provirus integration site for Murine Moloney leukemia virus). In vitro and in vivo Pim1 inhibition (in the monocrotaline rat model) is associated with decreased NFATc2 activity and reversion of the malignant phenotype. Moreover, Pim1 deficient mice are resistant to monocrotaline or hypoxia-induced PAH. Finally, we demonstrated that Pim1 expression correlates with disease progression both in animal and human model. Thus, we underlined Pim1 as a potent therapeutic target and an interesting diagnosis tool. In the chapter 3, we showed that the signaling hub c-Src (sarcoma Schmidt-Ruppin A-2 viral oncogene homolog)/FAK (Focal adhesion kinase) is implicated in the regulation of the PASMCs pseudo malignant phenotype, in part by activating STAT3. FAK inhibition in vitro decreases PASMCs proliferation, survival and motility. In vivo, FAK inhibition is associated with decreased PAP and decreased vascular remodeling, making FAK as an interesting therapeutic target. In the chapter 4, we suggest dehydroepiandrosterone (DHEA) as another therapeutical option. This natural hormone is known to be beneficial in PAH through their vasodilating properties. We showed here that by inhibiting STAT3 activation, DHEA also has anti-proliferating properties. Therefore, clinical use of DHEA for PAH can be promising. During my PhD studies, I showed the critical implication of the Src/FAK/STAT3/Pim1 in PAH pathogenesis. I contributed to increase the knowledge on PAH pathogenesis and suggested some therapeutical solutions that can be useful to improve patient outcome.

L’objectif de mon travail de thèse était d’une part, de mieux comprendre le rôle des différentes familles de phosphodiestérases (PDEs) dans la régulation de la signalisation dépendante de l’AMPc (PDE-AMPc) dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs), et d’autre part, d’évaluer leur implication fonctionnelle dans la réactivité vasculaire et leur altération potentielle dans un modèle physiopathologique, l’insuffisance cardiaque (IC). Mon travail s’est articulé autour de deux modèles de muscle lisse vasculaire : (1) des CMLVs isolées en culture ayant acquis un phénotype synthétique sur lesquelles une approche d’imagerie en temps réel (FRET : Transfert d’Energie de Fluorescence par Résonance) a été appliquée afin de visualiser in situ la dynamique spatiotemporelle des signaux dépendants de l’AMPc. Nos résultats indiquent que, dans ces cellules, l’augmentation des niveaux d’AMPc provoquée par la stimulation β-adrénergique (β-AR) implique différents récepteurs suivant le compartiment intracellulaire considéré (β1- et β2-ARs dans le cytosol et seulement β2-ARs dans le compartiment sous-membranaire). Nous avons par ailleurs observé que l’expression des ARNm des différentes isoformes de PDE-AMPc et la contribution fonctionnelle de ces enzymes dans la régulation des signaux AMPc intracellulaires étaient dépendantes de la densité des CMLVs en culture.(2) des anneaux d’artères intactes issues de deux lits vasculaires différents (aorte et artère mésentérique) isolées à partir de rats sains et IC, permettant d’étudier leur fonction contractile et donc la régulation de celle-ci par la voie de l’AMPc. Nous avons montré que les familles de PDE-AMPc contribuent de façon différente au contrôle du tonus vasculaire dans l’aorte thoracique (PDE3 = PDE4 sans participation de la PDE2) et dans l’artère mésentérique (PDE4 > PDE2 sans participation de la PDE3), l’endothélium exerçant un rôle essentiel dans la régulation de l’activité de ces PDEs musculaires lisses, notamment par le biais de la production de NO. Nous avons également mis en évidence des altérations de la réactivité vasculaire, et notamment de son contrôle par la voie de l’AMPc/PDE, dans notre modèle de rat IC. Dans l’aorte, la dysfonction endothéliale liée à l’altération de la voie du NO est à l’origine d’une augmentation de l’activité PDE3 masquant l’activité PDE4 et la relaxation β-adrénergique. Dans l’artère mésentérique des rats IC, dont la fonction endothéliale apparaît préservée, les PDE2, 3 et 4 restent fonctionnelles.L’ensemble de nos travaux souligne le rôle essentiel des PDEs dans la régulation de la signalisation AMPc vasculaire, et montre que l’activité et la fonction des différentes familles de PDE-AMPc sont finement modulées par de nombreux paramètres (phénotype et densité cellulaire des CMLVs) ou situations physio-pathologiques (nature du lit vasculaire, présence de l’endothélium, situation d’IC). / The aim of my thesis was to investigate the role of cyclic nucleotide phosphodiesterases (cAMP-PDEs) in the regulation of cAMP-dependent signaling in vascular smooth muscle cells (VSMCs), and to assess their functional involvement in vascular reactivity and their potential alteration in a pathophysiological model of heart failure (HF). My work was based on two models of vascular smooth muscle:(1) Isolated VSMCs in culture having acquired a synthetic phenotype, in which an approach of real-time imaging (FRET: Fluorescence Resonance Energy Transfer) was applied in situ to visualize the spatiotemporal dynamics of cAMP-dependent signals. Our results indicate that, in these cells, increased levels of cAMP induced by β-adrenergic stimulation (β-AR) involve different β-ARs subtypes according to the intracellular compartment considered (β1-and β2-ARs in the cytosol and only β2-ARs in the submembrane compartment). We also observed that the mRNA expression of cAMP-PDEs isoforms and the functional contribution of these enzymes in the regulation of intracellular cAMP signals were dependent on the VSMCs seeding density in culture.(2) Arterial blood vessels from two different vascular beds (aorta and mesenteric artery) isolated from healthy and HF rats, to study their contractile function and thus the regulation by the cAMP pathway. We showed that cAMP-PDE families contribute differently to the control of vascular tone in the thoracic aorta (PDE3 = PDE4, no PDE2) and mesenteric artery (PDE4 > PDE2, no PDE3), endothelium exerting a crucial role in the regulation of their functional activities, especially through the production of nitric oxide (NO). We also demonstrated alterations in vascular reactivity during HF, including its control through the cAMP-PDEs. In the aorta, endothelial dysfunction associated with the alteration of the NO pathway leads to an increase in PDE3 activity which masks PDE4 activity and β-AR relaxation. In mesenteric artery from HF rats, endothelial function is preserved and PDE2, 3 and 4 are functional.This study underlines the importance of PDEs in regulating vascular cAMP signaling, and shows that the activity and function of different cAMP-PDE families are tightly modulated by many parameters (VSMCs phenotype and seeding density) and/or physiopathological situations (vascular bed, endothelium and HF).

Titre de l'écran-titre (visionné le 11 avril 2023) / L'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie cardiovasculaire rare irréversible qui affecte les artères pulmonaires et altère la fonction cardiaque. Malgré des progrès importants années dans la compréhension de la maladie et la prise en charge des patients au cours des 20 dernières années, l'HTAP reste une maladie foudroyante qui emporte les patients en seulement quelques années après leur diagnostic. L'HTAP se caractérise par une pression pulmonaire moyenne au-dessus de 20mmHg. La pression est la force motrice du sang dans les vaisseaux. La contraction excessive et un remodelage important des petites artères pulmonaires est à l'origine de l'obstruction progressive des vaisseaux, et l'augmentation conséquente de la résistance à l'écoulement du sang dans ces vaisseaux ainsi de la pression artérielle pulmonaire moyenne chez les patients souffrant d'HTAP. En réponse, le cœur doit fournir plus d'effort pour maintenir un débit cardiaque suffisant pour alimenter tous les tissus en oxygène et nutriments. La progression de l'hypoperfusion conduit à une insuffisance cardiaque droite responsable de la mort des patients. Les cellules musculaires lisses d'artères pulmonaires (CMLAP) jouent un rôle majeur dans le remodelage vasculaire. Ces cellules ont acquis un phénotype pathologique pro-polifératif et résistant à l'apoptose rappelant celui des cellules cancéreuses, ce qui leur permet de survivre et de s'accumuler dans la paroi des artères. En particulier, comme les cellules cancéreuses, les CMLAP ont développé des mécanismes de protection de leur matériel génétique qui leur permet de résister aux à leur environnement génotoxique. Les protéines impliquées dans la réponse aux dommages à l'ADN et la réparation sont les plus différentiellement exprimées dans les CMLAP issues de patients HTAP (CMLAP-HTAP). Les thérapeutiques actuels ne ciblent pas ce phénotype particulier. En cancérologie, les chimio- et radiothérapies sont des méthodes courantes pour induire des dommages à l'ADN et tuer les cellules cancéreuses. De nombreuses méthodes moins directes ont été étudiées pour épargner les cellules saines, notamment en passant par des acteurs moléculaires augmentés spécifiquement dans les cellules malades. Ces acteurs sont souvent impliqués dans des mécanismes d'adaptation cellulaires. Inhiber ces acteurs permet d'abolir ces mécanismes d'adaptation et de resensibiliser les cellules à leur milieu cytotoxique. NUDT1 fait partie des protéines les plus différentiellement exprimées dans les CMLAP-HTAP. Elle est surexprimée dans ces cellules ainsi que dans les CMLAP de rats présentant une HTAP induite. NUDT1 est une enzyme qui détoxifie le pool de nucléotides, les précurseurs des bases de l'ADN, par l'hydrolyse de nucléotides oxydés. L'augmentation du pool de nucléotides oxydés induit des effets cytotoxiques supérieurs aux dommages à l'ADN seuls. L'inhibition de NUDT1 dans les cancers est associée à des effets antitumoraux. L'augmentation du pool de nucléotide par le (S)-Crizotinib, un inhibiteur de NUDT1, diminue la prolifération et la résistance à l'apoptose des CMLAP-HTAP et des CMLAP des modèles de rats de la maladie. Chez ces rats, la diminution du remodelage vasculaire est associée à une amélioration des paramètres hémodynamiques, et notamment de la pression artérielle pulmonaire moyenne et de la fonction cardiaque. De manière intéressante, l'altération des flux autophagiques est impliquée dans les effets thérapeutiques du (S)-Crizotinib. Ces résultats précliniques démontrent que l'altération du pool de nucléotides, notamment l'augmentation du pool de nucléotides oxydés est une stratégie effective pour traiter l'HTAP et représente un nouveau levier thérapeutique en HTAP. L'application d'une telle stratégie est à évaluer en fonction de paramètres précis, dynamique et individuels pour chaque patient au titre d'une médecine « Personnalisée, Proactive, et Précise » à la pointe des avancées technologiques. Dans cette optique, certains nucléotides oxydés représentent de potentiels biomarqueurs dont le suivi en temps réel pourrait permettre cette prise en charge personnalisée, proactive et précise.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences naturelles : Lille 1 : 2005. / Synthèse des travaux en français. Articles en anglais non reproduits dans la version électronique. N° d'ordre (Lille 1) : 491. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 99-111. Liste des publications et des communications.

L'objectif de mon travail de thèse était d'une part, de mieux comprendre le rôle des différentes familles de phosphodiestérases (PDEs) dans la régulation de la signalisation dépendante de l'AMPc (PDE-AMPc) dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs), et d'autre part, d'évaluer leur implication fonctionnelle dans la réactivité vasculaire et leur altération potentielle dans un modèle physiopathologique, l'insuffisance cardiaque (IC). Mon travail s'est articulé autour de deux modèles de muscle lisse vasculaire : (1) des CMLVs isolées en culture ayant acquis un phénotype synthétique sur lesquelles une approche d'imagerie en temps réel (FRET : Transfert d'Energie de Fluorescence par Résonance) a été appliquée afin de visualiser in situ la dynamique spatiotemporelle des signaux dépendants de l'AMPc. Nos résultats indiquent que, dans ces cellules, l'augmentation des niveaux d'AMPc provoquée par la stimulation β-adrénergique (β-AR) implique différents récepteurs suivant le compartiment intracellulaire considéré (β1- et β2-ARs dans le cytosol et seulement β2-ARs dans le compartiment sous-membranaire). Nous avons par ailleurs observé que l'expression des ARNm des différentes isoformes de PDE-AMPc et la contribution fonctionnelle de ces enzymes dans la régulation des signaux AMPc intracellulaires étaient dépendantes de la densité des CMLVs en culture.(2) des anneaux d'artères intactes issues de deux lits vasculaires différents (aorte et artère mésentérique) isolées à partir de rats sains et IC, permettant d'étudier leur fonction contractile et donc la régulation de celle-ci par la voie de l'AMPc. Nous avons montré que les familles de PDE-AMPc contribuent de façon différente au contrôle du tonus vasculaire dans l'aorte thoracique (PDE3 = PDE4 sans participation de la PDE2) et dans l'artère mésentérique (PDE4 > PDE2 sans participation de la PDE3), l'endothélium exerçant un rôle essentiel dans la régulation de l'activité de ces PDEs musculaires lisses, notamment par le biais de la production de NO. Nous avons également mis en évidence des altérations de la réactivité vasculaire, et notamment de son contrôle par la voie de l'AMPc/PDE, dans notre modèle de rat IC. Dans l'aorte, la dysfonction endothéliale liée à l'altération de la voie du NO est à l'origine d'une augmentation de l'activité PDE3 masquant l'activité PDE4 et la relaxation β-adrénergique. Dans l'artère mésentérique des rats IC, dont la fonction endothéliale apparaît préservée, les PDE2, 3 et 4 restent fonctionnelles.L'ensemble de nos travaux souligne le rôle essentiel des PDEs dans la régulation de la signalisation AMPc vasculaire, et montre que l'activité et la fonction des différentes familles de PDE-AMPc sont finement modulées par de nombreux paramètres (phénotype et densité cellulaire des CMLVs) ou situations physio-pathologiques (nature du lit vasculaire, présence de l'endothélium, situation d'IC).