Les nouveau-nés et jeunes enfants forment une population spécifique pour laquelle les études cliniques sont rares et difficiles à mettre en œuvre. La modélisation pharmacocinétique permet de réaliser des études non invasives et est donc particulièrement bien adaptée à cette population. Tout comme pour l'expérimentation scientifique qui nécessite plusieurs études pour conduire à un consensus, plusieurs bases de données pharmacocinétiques sont nécessaires afin d'arriver à un modèle optimal généralisable. Néanmoins, de nombreux modèles pharmacocinétiques sont publiés pour une même molécule, indépendamment les uns des autres, sans que l'on sache clairement lequel est le plus adapté. Inversement de nombreuses molécules ne sont pas ou peu étudiées et ne permettent pas de conduire à des recommandations fiables.L'objectif de ce travail de thèse était de rechercher une stratégie pour privilégier un modèle par rapport à un autre et ainsi, conduire à un modèle optimal permettant d'émettre des recommandations. Nous avons choisi de centrer notre intérêt sur les études pharmacocinétiques de population en néonatalogie et plus précisément sur deux molécules: la vancomycine et le phénobarbital. / Neonates and young infants are a specific population in which clinical studies are rare and difficult. Pharmacokinetic modeling allows to realize non invasive studies and is therefore particularly well suited for this population.As well as for scientific experimentation which requires several studies to lead to a consensus, several pharmacokinetic databases are needed to achieve a generalizable optimal model.Nevertheless, many pharmacokinetic models are published for the same molecule, independently of each other, without knowing clearly which is the most suitable. Conversely many molecules are not or little studied and can not lead to reliable recommendations.The aim of this thesis was to find a strategy to prefer a model over another, and thus lead to an optimal model to make recommendations. We chose to focus our interest on population pharmacokinetic studies in neonatology and more specifically on two molecules: vancomycin and phenobarbital.

L'induction par le phénobarbital (PB) de gènes codant pour des cytochromes P450 (P450) est un phénomène d'intérêt autant dans l'étude du métabolisme des médicaments qu'en cancérologie. Les gènes CYP2B1 et CYP2B2 chez le rat sont induits de façon spectaculaire dans le foie de l'animal en réponse à une exposition au PB. La quantité d'ARN messagers des deux gènes combinés peut atteindre plus de cent fois le niveau normal. Cette augmentation de la transcription en réponse au PB dépend d'un segment de 163 paires de bases situé à environ 2.2 kilobases en amont du site d'initiation de la transcription des deux gènes. Ce segment se comporte comme un amplificateur transcriptionnel et constitue une unité de réponse au PB (PBRU). Le PBRU contient au moins trois sites putatifs de fixation pour des récepteurs nucléaires désignés NRl, NR2 et NR3. Le récepteur nucléaire CAR {constitutive androstane receptor) se déplace du cytoplasme vers le noyau en réponse au PB. Ce récepteur nucléaire a également la capacité de se fixer sur les sites NRl, NR2 et NR3 pour activer la transcription. Le rôle proposé de CAR dans la réponse au PB fut évalué dans un système de culture primaire d'hépatocytes de rat ainsi que dans des cellules CV-1. La conversion des sites NRl et NR2 en sites de haute affinité pour CAR fut utilisée afin d'évaluer la fonction de ces éléments de réponse. Par ailleurs, les segments d'ADN génomiques qui agissent comme amplificateurs transcriptionnels contiennent généralement plusieurs sites de fixation pour différents facteurs de transcription. L'analyse fonctionnelle du PBRU a servi de point de départ pour la mise au point d'une approche bioinformatique visant à identifier des segments d'ADN qui contiennent des regroupements statistiquement improbables de motifs signatures. La rareté de ces regroupements fut évaluée sur des distances de plusieurs mégabases afin d'en démontrer la corrélation avec les segments d'ADN génomique qui ont des propriétés régulatrices sur la transcription des gènes.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / La migration nucléaire du récepteur nucléaire CAR est l'événement central du modèle expliquant l'induction des gènes CYP2B par les inducteurs de type phénobarbital. Chez des souris CAR-négatives, l'induction des CYP2B est absente. Récemment, des résultats en contradiction avec ce rôle de CAR dans l'induction du gène Cyp2bl0 furent publiés sans que cette interprétation ne soit mentionnée. Afin de vérifier la validité de ces données cruciales, certaines des expériences présentées dans la publication susmentionnée furent répétées. Les résultats obtenus suggèrent que CAR est requis pour qu'il y ait induction du niveau d'ARNm de CYP2B10. Le rôle de la protéine de Wemer dans la transcription fut aussi étudié. Les résultats obtenus suggèrent qu'elle est impliquée dans la transcription des gènes CYP2B et qu'elle se fixe à différents facteurs transcriptionnels. Finalement, le rôle du GR dans l'induction des CYP2B fut étudié. Les résultats obtenus montrent que la GRU flanquant CYP2B2 possède un site accessoire putatif.

Les études cliniques montrent que l’incidence des crises épileptiformes est la plus forte durant la période néonatale. Ces crises ont de nombreux facteurs étiologiques : un traumatisme crânien, des épisodes anoxo-ischémiques, des infections périnatales, des hémorragies intracrâniennes, des troubles métaboliques et de la fièvre... Ces crises per se peuvent entrainer des conséquences délétères à long terme. Notamment, l’hypothèse que la propagation des crises répétées vers des structures cérébrales naïves peut conduire à la formation d’un foyer épileptique secondaire qui génère des crises spontanées a été longtemps suggérée comme étant un mécanisme de base dans l’épilepsie humaine. Par conséquent, il est nécessaire de traiter efficacement les crises néonatales. Cependant, les traitements de premier choix comme le phénobarbital et le diazépam qui ont été développés pour traiter les crises chez l’adulte, sont souvent inefficaces chez les nouveau-nés et peuvent même aggraver les crises. Les mécanismes à l’origine de cette différence sont actuellement mal connus. Récemment, à l’aide d’une préparation développée dans le laboratoire composée des deux hippocampes néonataux interconnectés, il a été montré pour la première fois que des crises induites dans un hippocampe qui se propagent vers l’hippocampe controlatéral pouvaient conduire à la formation d’un foyer épileptique secondaire - foyer miroir (« seizure beget seizure »). Ce modèle a permis de montrer qu’un des mécanismes clés de la formation d’un foyer épileptique était l’augmentation permanente du chlore intracellulaire résultant en une action GABAergique excitatrice favorisant la genèse de crises spontanées. Déterminer les mécanismes à l’origine de l’épileptogenèse secondaire est d’une importance clinique majeure, et permettra de développer de nouvelles stratégies de prévention des effets pathologiques des crises.La première partie de ce travail a été de définir l’implication du co-transporteur de chlore NKCC1 dans la genèse de crises et l’épileptogenèse secondaire. Nous avons montré que le blocage de NKCC1, à l’aide d’outils pharmacologiques ou génétiques, ne prévient ni la formation d’un foyer miroir par des crises propagées ni l’augmentation permanente de chlore intracellulaire. Par conséquent, NKCC1 n’est ni nécessaire ni suffisant à induire ces modifications. Dans la deuxième partie, utilisant des outils électrophysiologiques et immunochimiques, nous apportons un faisceau d’évidences montrant que le co-transporteur de chlore KCC2 est internalisé et altéré fonctionnellement par des crises suggérant que l’accumulation de chlore résulte essentiellement de l’incapacité des neurones à évacuer le chlore. Dans la troisième partie nous avons étudié les effets du phénobarbital (PB) et du diazépam (DZP) sur la genèse de crises et l’épileptogenèse durant la période néonatale. En particulier, nous montrons que le PB, mais pas le DZP, bloque des crises initiales induites et prévient l’induction d’un foyer épileptique secondaire. Cette différence est due à un blocage partiel des récepteurs AMPA/KA par le PB. Cependant, une fois le foyer miroir établi, le PB comme le DZP aggravent les crises spontanées en exacerbant les effets excitateurs du GABA. Ces résultats montrent que l’histoire des crises détermine les effets du PB. En outre, le bumétanide, un antagoniste de NKCC1 qui réduit le chlore intracellulaire, améliore l’action du PB et bloque les crises spontanées. En conclusion, nos observations plaident fortement pour un traitement rapide des crises néonatales afin de protéger autant que faire les capacités du neurone à réguler le chlore intracellulaire. / Clinical studies show that children, especially neonates are in a much higher risk than adults to develop seizures. Such seizures in the brain may be provoked by different factors: tumor, infection, anoxia, fever, trauma, cysts, vascular malformations... Seizures in neonates are also often resistant to treatments and available antiepileptic drugs (AEDs) are inefficient or even provoke and aggravate neonatal seizures. A fundamental concept in epilepsy is that the seizures generated in epileptogenic regions propagate to the other brain structures even to the contralateral side and may develop permanent epileptic focus in the naïve brain structures – secondary epileptic focus. Consequently, it is necessary to treat the neonatal seizures. Diazepam (DZP) and phenobarbital (PB) are extensively used as first and second line drugs to treat acute seizures in neonates and their actions are thought to be mediated by increasing the actions of GABAergic signals. Yet, their efficacy is different and variable with occasional failure or even aggravation of recurrent seizures questioning whether other mechanisms are not involved in their actions. We studied these issues in the intact interconnected hippocampal preparation from neonatal rats and mice. Using this preparation and three-compartment chamber we induced seizures in one hippocampus that propagated to the contralateral one. The propagation of recurrent seizures transformed the contralateral hippocampus into independent epileptogenic focus – mirror focus (MF) - that was capable of generating spontaneous seizures (« seizure beget seizure »). The formation of MF is associated with a permanent increase of the intracellular concentration of chloride and a shift of the actions of GABA from inhibitory to excitatory. Therefore determining how secondary epileptogenesis is induced will have major clinical impact as it will enable to develop tools that prevent selectively the pathogenic seizures.At first, we have determined the impact and the contribution of chloride co-transporter NKCC1 in seizure generation and secondary epileptigenesis. We have shown that the pharmacologically or genetically blockade of NKCC1 did not prevent neither the generation nor propagation of evoked seizures nor formation of MF. However, in the isolated MF, bumetanide effectively blocked spontaneous epileptiform activity. Bumetanide partially reduced DFGABA and therefore the excitatory action of GABA in epileptic neurons. Therefore, bumetanide is a potent anticonvulsive agent although it cannot prevent formation of the epileptogenic MF.Second using different electrophysiological and immunochemistry approaches we have demonstrated that the accumulation of chloride and the excitatory actions of GABA in mirror foci neurons are mediated by NKCC1 chloride importer and by a downregulation and internalisation of the chloride exporter KCC2.Finally using our MF model we have compared the actions of PB and DZP on neonatal seizures. We have revealed that PB but not DZP dramatically reduced initial propagating seizures and prevented formation of epileptogenic MF. We show that PB in contrast to DZP has a highly specific action on AMPA/kainate receptor mediated currents. This action underlies an important difference between the two AEDs as in contrast to PB, DZP aggravates early seizures reflecting the advantage of PB over DZP to prevent secondary epileptogenesis. Yet, after repeated seizures, once an epileptogenic MF has been formed, this difference is abolished because of the strong excitatory actions of GABA. Therefore, the history of seizures prior to GABA acting AED treatment determines its effects and rapid treatment of severe potentially epileptogenic neonatal seizures is recommended to prevent secondary epileptogenesis associated with KCC2 down regulation.

L’activité catalytique du cytochrome P450 dépend de la disponibilité d’électrons produits par la NADPH P450 réductase (NPR). Notre étude a pour but de déterminer comment l’expression de la NPR est modulée chez le lapin. Afin de comprendre comment l’expression de la NPR est modulée, des hépatocytes de lapins témoins ont été incubés pendant 2, 4, 24 et 48 heures en présence de plusieurs activateurs de facteurs de transcription connus du cytochrome P450. De plus, des lapins ayant reçu une injection sous-cutanée de térébenthine afin de produire une réaction inflammatoire aseptique sont sacrifiés 48 heures plus tard dans le but d’étudier les effets de l’inflammation sur l’expression de la NPR. La rosiglitazone, le fénofibrate, l’acétate de plomb et le chlorure de cobalt (des inducteurs des PPAR, PPAR, AP-1 et HIF-1), après 48 heures d’incubation, n’ont provoqué aucun changement d’expression ou d’activité de la NPR. Après 48 heures d’incubation, la dexaméthasone (Dexa) a augmenté la quantité d’ARNm (QT-PCR), l’expression et l’activité de la NPR (p<0,05), en plus d’augmenter l’ARNm des récepteurs nucléaires CAR (récepteur constitutif à l’androstane) et PXR (récepteur X prégnane) (p<0.05). Le phénobarbital (PB) a augmenté seulement l’activité de la NPR (p<0.05). Par contre, après 48 heures d’incubation, la combinaison PB et Dexa a augmenté la quantité d’ARNm, ainsi que l’expression et l’activité de la NPR (p<0.05). La combinaison de PB et Dexa a induit une augmentation d’ARNm des récepteurs nucléaires CAR, PXR et RXR (récepteur X du rétinoïde) plus précocement, soit après 2 heures d’incubation (p<0.05). Le PD098059 (PD), un bloqueur de l’activation de MAPK1 (mitogen-activated protein kinase), et l’acide okadaïque (OA), un inhibiteur de la protéine phosphatase 2A (PP2A), ont bloqué l'augmentation d'expression et d'activité de la NPR induite par le PB après 48 heures d’incubation. La réaction inflammatoire aseptique a diminué l’expression et l’activité de la NPR après 48 heures d’incubation (p<0.05). On conclue que la dexaméthasone et le phénobarbital sont des inducteurs potentiels de la NPR et que les voies de signalisation de CAR, PXR et RXR semblent être impliquées dans le contrôle de cette induction. Des études supplémentaires devront être complétées afin de confirmer ces résultats préliminaires. / The catalytic activity of the cytochrome P450 depends on the availability of electrons produced by the NADPH P450 reductase (NPR). Our study aims to determine how the expression of the NPR is modulated in rabbits. In order to understand how the expression of the NPR is modulated, hepatocytes from rabbits in the control group were incubated for 2, 4, 24 and 48 hours in the presence of several cytochrome P450 transcription factor activators. Furthermore, a group of rabbits received a sub-cutaneous injection of turpentine in order to create an aseptic inflammatory response with the aim to assess the effects of inflammation on the expression of the NPR. Rosiglitazone, fenofibrate, lead acetate and cobalt chloride (inducers of PPAR, PPAR, AP-1 and HIF-1) did not produce any change in the expression or the activity of the NPR after a 48 hour incubation period. Dexamethasone (Dexa) increased the amount of mRNA (QT-PCR), and NPR's expression and activity as well as CAR (constitutive androstane receptor) and PXR (pregnane X receptor) nuclear receptors' mRNA after a 48 hour incubation period (p<0.05). Phenobarbital (PB) increased NPR's activity (p<0.05). However, the combination of PB and Dexa increased the amount of mRNA, as well as NPR's expression and activity after a 48 hour incubation period (p<0.05). The combination of PB and Dexa increased CAR, PXR and RXR (retinoid X receptor) nuclear receptors' mRNA after a 2 hour incubation period. PD098059 (PD), a inhibitor of MAPK1 (mitogen-activated protein kinase) activation, and okadaic acid (OA), an inhibitor of the phosphatase 2A protein (PP2A), prevented the increase of NPR expression and activity induced by PB after a 48 hour incubation period. The aseptic inflammatory reaction decreased NPR's expression and activity after a 48 hour incubation period (p<0.05). We conclude that dexamethasone and phenobarbital are potential NPR inductors and that CAR, PXR and RXR signaling pathways appear to be involved in controlling this induction. However, further studies will be needed to confirm these preliminary results.

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