La chémérine est une adipokine, initialement décrite comme jouant des rôles centraux dans la régulation de l’adipogenèse, du métabolisme énergétique et de la réponse immunitaire. Plus récemment, elle a été incriminée dans le contrôle de la pression systémique, agissant sur le tonus et le remodelage des artères systémiques. La chémérine interagit avec les cellules en se fixant sur trois récepteurs, le CMKLR1 (chemokine like receptor 1), GPR1 (G protein- coupled receptor 1) et CCRL2 (C-C chemokine receptor-like 2). Le CMKLR1, est le récepteur principalement associé à la signalisation de la chémérine, et a été identifié sur plusieurs types cellulaires (tels que cellules endothéliales et musculaires lisses vasculaires, cellules inflammatoires) jouant des rôles-clés dans la pathogénèse de l’hypertension artérielle pulmonaire. Le but du présent travail était d’évaluer les effets de la chémérine sur la circulation pulmonaire, ainsi que dans le développement de l'hypertension pulmonaire.Nous avons d’abord étudié les effets de la chémérine sur la réactivité artérielle pulmonaire ex vivo et sur les mécanismes impliqués dans le remodelage artériel pulmonaire, plus particulièrement la prolifération, l’apoptose et la migration des cellules musculaires lisses artérielles pulmonaires in vitro. Ces mécanismes jouent des rôles centraux dans la pathogenèse de l'hypertension artérielle pulmonaire. La réponse des artères pulmonaires a été comparée à celle de l’aorte thoracique. L'expression de la chémérine et de ses 3 récepteurs, évaluée par real-time quantitative polymerase chain reaction (RTq-PCR), a été mis en évidence au sein de l'artère pulmonaire et de l'aorte thoracique, ainsi que dans des cultures primaires de cellules musculaires lisses artérielles pulmonaires isolées à partir de rats Wistar. L’expression de CMKLR1 était plus élevée par rapport à celles de CCRL2 et GPR1 et le CMKLR1 était exprimé en plus grande quantité dans l’artère pulmonaire que dans l’aorte thoracique. La chémérine et le CMKLR1 étaient exprimés par les cellules présentes dans les 3 couches de l'artère pulmonaire et de l'aorte thoracique (à savoir dans l’intima, la media et l’adventice), ainsi que dans le parenchyme pulmonaire. Nous avons ensuite étudié ex vivo la vasoréactivité des artères pulmonaire et thoracique (pour lesquelles l’endothélium avait été conservé ou éliminé) isolées à partir de rats Wistar à la chémérine seule ou en association avec un autre agent vasoconstricteur, incluant la phényléphrine, la sérotonine et l'endothéline-1. La chémérine augmentait le tonus vasculaire des artères pulmonaires sans endothélium et potentialisait la vasoconstriction induite par la phényléphrine, la sérotonine et l'endothéline-1 dans les deux types d’artères, effet renforcé en l’absence d'endothélium. Dans les artères avec endothélium, le prétraitement à la chémérine diminuait la vasorelaxation induite par l’acétylcholine, alors qu'elle n'avait pas d’effets sur la vasorelaxation induite par le nitroprussiate de sodium (SNP), un donneur d’oxyde nitrique (NO). En présence du NG-nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride (L-NAME), un inhibiteur de l’enzyme impliquée dans la synthèse du NO (NO- synthase, NOS), une vasorelaxation persistait dans les artères prétraitées à la chémérine. Le traitement par la chémérine ou par l’inhibiteur de la guanylate cyclase soluble (ODQ :1H- [1,2,4]oxadiazolo-[4, 3-a]quinoxalin-1-one) seuls, diminuait partiellement la vasorelaxation induite par l'acétylcholine dans l'artère pulmonaire et l'aorte thoracique, alors que l'incubation combinée de la chémérine et de l'ODQ l'abollissait totalement. Le traitement avec l'apocynine, un inhibiteur de la production des espèces oxygénées radicalaires (ROS), inversait, en partie ou totalement respectivement, les effets de la chémérine. Dans les deux types d’artères, la production de NO induite par l'acétylcholine, ainsi que l'expression des synthases du NO (NOS endothéliale et inductible), étaient réduites par la chémérine. Dans les cultures primaires de cellules musculaires lisses d’artère pulmonaire et d’aorte thoracique de rat, nous avons évalué les effets de la chémérine seule ou en association avec l'endothéline-1, sur la prolifération, la migration et la résistance à l'apoptose. La chémérine associée à l'endothéline-1 augmentait la prolifération, évaluée par l'incorporation de BrdU (5-bromo-2’-deoxyuridine), alors la chémérine ou à l'endothéline-1 seules n’avait pas d’effets. La chémérine induisait la migration des cellules musculaires lisses d’artère pulmonaire et d’aorte thoracique. Cet effet était exacerbé par l'endothéline-1. La chémérine réduisait, de manière concentration-dépendante, l’apoptose induite par la staurosporine et évaluée par cytométrie de flux après double marquage des cellules à l’annexine V et à l’iodure de propidium. Le rapport pro-apoptotique Bax/Bcl2 était également diminué. Dans les cellules musculaires lisses artèrielles pulmonaires, l'endothéline- 1 augmentait l'expression de CMKLR1, CCRL2 et GPR1, alors que ces expressions n'étaient pas modifiées dans les cellules musculaires lisses d’aorte thoracique. En revanche, la chémérine n'induisait aucune modification de l'expression des récepteurs de l'endothéline A et B (ETA et ETB) et ne modifiait pas l'expression de l'interleukine(IL)-6 et de son récepteur IL-6R et de l’IL-1β, alors que l’expression du TNF-α (tumor necrosis factor-alpha) était augmentée par le traitement par la chémérine (10-7 mol/L) dans cellules musculaires lisses d’artère pulmonaire.Ensuite, des mesures invasives, par cathétérisme cardiaque droit, ont été réalisées chez des souris transgéniques déficientes en CMKLR1 (CMLKR1−/−) et des souris wildtype (WT; CMKLR1+/+) en normoxie et après une exposition chronique à l’hypoxie (10% d’oxygène) pendant 3 semaines, afin d’évaluer l'implication du CMKLR1 dans la physio(patho)logie de la circulation pulmonaire. Les résultats préliminaires montraient que les souris CMKLR1−/− présentaient, en normoxie, une élévation de la pression systolique du ventricule droit et de l’indice de Fulton [poids du ventricule droit/ poids des ventricule gauche + septum interventriculaire] suggérant une hypertension pulmonaire et une hypertrophie ventriculaire droite. Les poids des poumons et du coeur étaient diminués chez les souris CMKLR1−/−. L'exposition chronique à l'hypoxie augmentait la pression systolique du ventricule droit et l'indice de Fulton de manière similaire chez les souris CMKLR1−/− et WT.En conclusion, la chémérine potentialise la vasoconstriction induite par des agents vasoconstricteurs, tels que l’endothéline-1 et la sérotonine, et réduit la vasodilatation induite par l'acétylcholine dans l’artère pulmonaire, via notamment le NO et le stress oxydatif. La chémérine associée à l’endothéline-1, un médiateur-clé de la pathogenèse des maladies hypertensives pulmonaires, induit la prolifération et la migration, et augmente la résistance à l'apoptose des cellules musculaires lisses artérielles pulmonaires de rat. Ces résultats suggèrent que la chémérine influence l'homéostasie de la circulation pulmonaire et pourrait renforcer les actions de médiateurs impliqués dans la pathogenèse de l'hypertension pulmonaire, comme l'endothéline-1 et la sérotonine, tant au niveau de la contraction que du remodelage artériel pulmonaire. Les souris déficientes en CMKLR1 présentent une légère hypertension pulmonaire, associée à une hypertrophie du ventricule droit en normoxie. Ce phénotype n’est pas agravé par une exposition chronique à l’hypoxie. Ces résultats préliminaires in vivo doivent être complétés pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents.Chemerin has been identified as a vasoactive adipokine implicated in systemic pressure regulation. Chemerin has also been shown to increase proliferation and migration of systemic vascular smooth muscle cells. Chemokine-like receptor 1 (CMKLR1), the major known signaling receptor of chemerin, is present on different cell types such as vascular endothelial and smooth muscle cells, immune and inflammatory cells, all of these cells playing crucial roles in the pathogenesis of pulmonary arterial hypertension. These observations led us to suggest that chemerin could play a role in pulmonary circulation homeostasis and that alterations of this signaling pathway could participate to the development of pulmonary hypertension.In the first part of the present research project, we studied the effects of chemerin on pulmonary circulation, evaluating its impact on pulmonary artery reactivity ex vivo and on pulmonary artery smooth muscle cell proliferation, apoptosis and migration in vitro. These mechanisms have all been incriminated in the pathophysiological development of pulmonary arterial hypertension. Pulmonary circulation (pulmonary artery) was compared to systemic circulation (thoracic aorta). Expression of chemerin and its three receptors [CMKLR1, G protein-coupled receptor 1 (GPR1) and C-C chemokine receptor-like 2 (CCRL2)], evaluated by real-time quantitative polymerase chain reaction (RTq-PCR), were identified in pulmonary artery and thoracic aorta, and in cultured pulmonary artery smooth muscle cells from Wistar rats, with higher expression of CMKLR1 compared to CCRL2 and GPR1 and higher expression of CMKLR1 in pulmonary artery than in thoracic aorta. Chemerin and CMKLR1 expressions were localized (by immunohistochemistry) in the 3 layers of pulmonary artery and thoracic aorta, as well as in lung parenchyma. Thereafter, we studied ex vivo vasoreactivity in rat endothelium-denuded and -intact arteries to chemerin alone or in association with a vasoconstrictor, including phenylephrine serotonin and endothelin-1. Chemerin increased vascular tone in endothelium-denuded pulmonary artery and potentiated phenylephrine-, endothelin-1- and serotonin-induced vasoconstriction in both pulmonary artery and thoracic aorta, which was further enhanced by endothelium removal. In endothelium-intact arteries, chemerin pretreatment decreased acetylcholine-induced vasorelaxation, while it did not affect relaxation induced by sodium nitroprusside (SNP), a nitric oxide (NO) donor. In presence of a the NO-synthase inhibitor (NG-nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride: L-NAME), there remained a vasorelaxation in chemerin-pre-treated arteries, suggesting that chemerin could potentiate another vasodilating pathway. Treatment with chemerin or a soluble guanylate cyclase inhibitor (1H-[1,2,4]oxadiazolo-[4, 3-a]quinoxalin-1-one: ODQ) alone partly decreased acetylcholine-induced vasorelaxation in pulmonary artery and thoracic aorta, while combined chemerin and ODQ incubation abolished it. Treatment with apocynin, a ROS production inhibitor, partly or totally reversed chemerin effects. In both types of arteries, acetylcholine- induced NO production, as well as endothelial NO synthase (eNOS) and inducible NO synthase (iNOS) gene expression, were reduced by chemerin. In primary cultured smooth muscle cells isolated from rat pulmonary arteries and thoracic aorta by the explant technique, we evaluated the effects of chemerin alone or in association with endothelin-1, on proliferation, migration and resistance to apoptosis. Chemerin added to endothelin-1 increased proliferation, assessed by 5-bromo-2’-deoxyuridine (BrdU) incorporation, while chemerin or endothelin-1 alone did not. This effect was less pronounced in thoracic aorta smooth muscle cells. Migration assessed by the Transwell migration assay, showed that chemerin induced migration of rat pulmonary artery and thoracic aorta smooth muscle cells. This effect was exacerbated in presence of endothelin-1 and more pronounced in thoracic aorta smooth muscle cells. In both cell types, chemerin concentration-dependently reduced staurosporine-induced apoptosis, assessed, by flow cytometry, in annexinV and propidium iodure-stained cells. Pro-apoptotic Bcl2 associated X (Bax)-to-Bcl2 apoptosis regulator (Bcl2) ratio was accordingly decreased. In pulmonary artery smooth muscle cells, endothelin-1 treatment increased relative gene expression of CMKLR1, CCRL2 and GPR1, while these expressions were not altered in thoracic aorta smooth mucle cells. In contrast, chemerin did not alter expression of endothelin receptors A and B (ETA and ETB) and chemerin did not alter gene expression of interleukin-6 (IL-6), its receptor IL-6R and interleukin-1beta (IL-1β) but tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) was increased with 10-7 mol/L chemerin in pulmonary artery smooth muscle cells.In the second part of the project, we studied the pulmonary circulation in transgenic CMKLR1-knockout mice (CMLKR1−/−) and challenged it by chronic hypoxia exposure (FiO2 of 10%) during 3 weeks to asses the implication of chemerin/CMKLR1 signaling in the development of pulmonary hypertension. This part of the project is still ongoing. Preliminary results showed that CMKLR1−/− mice presented, in normoxia, higher right ventricular systolic pressure, increased Fulton index [assessed by the ratio of the weights of the right ventricle to the (left ventricle + interventricular septum) weight] showing right ventricular hypertrophy, together with lower lung and heart weights. Chronic hypoxia exposure increased right ventricular systolic pressure and Fulton index similarly in both transgenic and WT mice.In conclusion, chemerin potentiated vascular responses to vasoconstrictors (endothelin- 1 and serotonin) and impaired acetylcholine-induced vasodilatation in pulmonary artery, by mechanisms involving at least partly NO signaling and oxidative stress. Chemerin, together with a key mediator involved in the pathogenesis of pulmonary hypertensive diseases, endothelin-1, stimulated proliferation and migration, and increased resistance to apoptosis in rat primary cultured pulmonary artery smooth muscle cells. Altogether, these results suggest that chemerin influences rat pulmonary circulation homeostasis, and could reinforce the actions of mediators implicated in the pathogenesis of pulmonary hypertension, such as endothelin-1 and serotonin, in pulmonary artery contraction and remodeling. Knocking-out CMKLR1 signaling in mice was associated with mild pulmonary hypertension, in animals presenting lower lung and heart weights. These preliminary in vivo results have to be completed to understand better underlying mechanisms. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'angiogenèse désigne la formation de nouveaux capillaires sanguins à partir de vaisseaux pré-existants. Ce processus est activé dans les situations physiologiques telles que le développement embryonnaire, et dans les conditions physiopathologiques, notamment lors de la croissance tumorale. Il met en jeu des interactions complexes entre la surface endothéliale et la matrice extracellulaire. De ces interactions, des stimuli sont émis, puis convertis en signaux intracellulaires aboutissant à l'activation de cascades de signalisation, qui modulent le comportement cellulaire au cours des différentes phases du processus angiogénique, notamment la prolifération, la migration et la morphogenèse des tubes endothéliaux.La peroxydasine humaine est une peroxydase nouvellement identifiée qui joue un rôle essentiel dans le remodelage de la matrice extracellulaire, par l'intermédiaire de son activité de bromation. Dans ce travail, nous montrons que dans un contexte de gain de fonction, le traitement à la peroxydasine recombinante (exogène) stimule l'angiogenèse in vitro et in vivo par l'intermédiaire de son activité catalytique. Par ailleurs, la perte de sa fonction engendrée par la répression de sa forme endogène, inhibe la migration des cellules endothéliales et des cellules musculaires lisses vasculaires et bloque la formation des tubes endothéliaux. Les effets délétères observés sur la tubulogenèse peuvent être partiellement corrigés par la supplémentation en peroxydasine, ce qui indique qu'il existe une voie alternative que les cellules endothéliales adoptent pour rétablir la tubulogenèse engendrée par l'extinction de la peroxydasine endogène. Lors de l’étude des mécanismes moléculaires par lesquels la peroxydasine exogène agit, il est ressorti que cette peroxydase active les voies ERK1/2, Akt et FAK et induit l'expression de sa forme endogène et des gènes pro-angiogéniques d'aval: PDGFB, HB-EGF, CXCL-1, ID-2, HEY-1, et SNAI-1, par l'intermédiaire de son activité catalytique. La répression de la peroxydasine endogène réduit la phosphorylation des kinases Akt et FAK tandis qu'elle engendre une suractivation des kinases ERK1/2 en réponse à la peroxydasine exogène. Cette suractivation des kinases ERK1/2 pourrait expliquer rétablissement partiel de la tubulogenèse suite au traitement à la peroxydasine exogène lorsque l'expression de sa forme endogène est réprimée. Ensemble, nos résultats montrent le rôle important de la peroxydasine dans l’angiogenèse physiologique. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail de thèse vise à l’identification des voies de signalisation cellulaires responsables de la régulation de l’expression des gènes humains DUOX dans la thyroïde. Les protéines DUOX1 et DUOX2 sont exprimées à la membrane apicale du thyrocyte, grâce à leur facteur de maturation DUOXA, et participent à la synthèse des hormones thyroïdiennes à travers la génération de peroxyde d’hydrogène. Les voies de signalisation et les facteurs de transcription contrôlant l’expression des gènes DUOX ne sont pas clairement définis dans les thyroïdes humaines et murines mais plusieurs études ont démontré une augmentation de leur expression via des cytokines inflammatoires dans des lignées cellulaires humaines. L’existence de cytokines susceptibles de réguler positivement l’expression des DUOX dans les thyrocytes a grandement suscité notre intérêt. En effet, il importe de comprendre les mécanismes responsables de leur expression car les protéines DUOX sont de plus en plus associées à des cancers et des maladies inflammatoires chroniques. Dans ce travail de recherche, il a été mis en évidence que les cytokines de type Th2 interleukine-4 et interleukine-13 augmentent la production de peroxyde d’hydrogène dans les thyrocytes humains en culture primaire suite à une induction des protéines DUOX2 et DUOXA2. L’interleukine-4 augmente aussi l’expression des couples de gènes Duox1/Duoxa1 et Duox2/Duoxa2 dans les thyrocytes murins, générant ainsi plus de peroxyde d’hydrogène. La stimulation par l’interleukine-4 et l’interleukine-13 dans les thyrocytes humains est dépendante du récepteur IL4RII et de l’activation de la voie de signalisation JAK1/STAT6. L’effet de l’interleukine-4 est contrecarré par la cytokine de type Th1 interféron-ɣ et est associée à une augmentation de l’expression de la protéine SOCS-1 qui bloque la fonction du facteur de transcription STAT6. L’induction de l’expression des gènes DUOX2/DUOXA2 dans des thyroïdes provenant de patients atteints de la maladie de Graves où le taux d’interleukine-4 sérique est susceptible d’être augmenté n’a pas pu être mise en évidence.In vitro, la mise en culture primaire affecte l’état de différenciation des thyrocytes murins ;en effet l’expression des marqueurs de la fonction thyroïdienne Nis, Tpo, Duox2 et Duoxa2 est diminuée, ce qui n’est pas le cas pour les gènes Duox1 et Duoxa1. Nous avons alors été convaincus de poursuivre l’étude de la régulation des Duox dans un système in vivo. Nous avons généré une nouvelle souris transgénique Thyr-IL-4, dans la souche C57BL/6J, surexprimant spécifiquement l’interleukine-4 dans la thyroïde. Deux lignées indépendantes de souris transgéniques ont été analysées. La souris Thyr-IL-4 a un phénotype euthyroïdien bien que la morphologie de ses follicules thyroïdiens soit altérée par une augmentation inattendue de leur taille. L’analyse du profil d’expression des gènes montre une forte induction de Duox1, Duoxa1 et Slc26a4 (Pendrine) dans les thyroïdes transgéniques ;il n’y a pas de modification de l’expression des gènes Duox2 et Duoxa2, tandis que l’expression du marqueur thyroïdien Slc5a5 (Nis) est diminuée. La surexpression de Duox1 est liée à une augmentation de la production de peroxyde d’hydrogène dans les tissus thyroïdiens transgéniques ex vivo, sans engendrer de dégâts cellulaires in vivo. Nous montrons pour la première fois la régulation de l’expression du gène et de la protéine Pendrine par l’interleukine-4 dans la thyroïde. La diminution de l’expression de Nis est associée à une diminution de captation de l’iode par les thyrocytes et du taux de thyroglobuline liée aux hormones thyroïdiennes T3 et T4 dans les thyroïdes transgéniques. Ces modifications d’expression de marqueurs thyroïdiens n’induisent pas un phénotype hypothyroïdien mais les souris jeunes Thyr-IL-4 sont plus susceptibles que les souris sauvages à développer une hypothyroïdie lorsqu’elles sont carencées en iode. Enfin nous n’observons pas d’infiltration leucocytaire majeure chez nos souris, pourtant l’expression de gènes impliqués dans des voies de signalisation immunitaires est augmentée. Suite à l’induction d’une réaction immunitaire dirigée contre le récepteur de la TSH, nous avons observé une réponse inflammatoire plus marquée dans les souris Thyr-IL-4 par rapport aux souris sauvages caractérisée par une infiltration leucocytaire CD45+ plus importante. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

In this work, the general problematic of the transport phenomena in the lungs is addressed, with applications to lung diseases, in particular asthma and cystic fibrosis. Regarding these two major diseases, the dynamics of the nitric oxide and the mucus layer in the lungs, respectively, are of particular interest. In asthma, it has been shown that the measurement of the exhaled concentration of nitric oxide can be used as a proxy for monitoring the disease status. In cystic fibrosis, which is a disease of the mucus layer, pieces of evidence show that the water content of the mucus is linked to the severity of the symptoms of the disease. In both conditions, however, these links are far from being obvious. Regarding nitric oxide, its exhaled concentration is not straightforwardly related to its concentration in the lungs. Regarding cystic fibrosis, the link between the disease and the alterations of the mucus content and dynamics is far from being understood. From these observations, several modeling approaches have emerged to complement the clinical measurements. In this work, the dynamics of the nitric oxide and of the mucus layer in the lungs is studied from a modeling approach, following a phenomenological point of view. Regarding the nitric oxide, a new model of its dynamics in the lungs is developed. When compared to previous ones, the model presents multiple new features that allow for a better description of this dynamics, especially in the case of asthma exacerbation, characterized by the presence of mucus obstructions and bronchoconstriction. From this model, the role of nitric oxide as a general marker of the bronchi caliber is suggested, in addition to its role in the asthma monitoring. Furthermore, based on clinical measurements of the exhaled nitric oxide concentration in cystic fibrosis patients and the use of the new model, the role of the measurement of nitric oxide in the understanding and control of other lung diseases, such as cystic fibrosis, is evaluated. Regarding the dynamics of the mucus layer in the lungs, a new analysis of the control of the mucus balance in the bronchial region of the lungs is presented in this work. Our approach is based on the combination of a balance equation for the mucus in an airway and a computational tool characterizing the evaporation of the mucus in the bronchial region. We show that this approach allows for new insights into the dynamics of the bronchial mucus and, more specifically, on the mechanisms controlling the amount of mucus in an airway. The results are analyzed in order to bring interesting new perspectives for the understanding and the treatment of mucus pulmonary diseases,such as cystic fibrosis. Altogether, this work demonstrates, applied to medical pathologies, the usefulness of modeling approaches in giving a mechanistic view of the encountered problematic. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le chémoréflexe périphérique est une des boucles réflexe contrôlant le système nerveux autonome et, de ce fait, impliquée dans le contrôle des variables respiratoires et hémodynamiques. Le système nerveux autonome présente deux parties :le système nerveux parasympathique et orthosympathique. L’activation du système nerveux orthosympathique entraine une élévation de la pression artérielle, une accélération du rythme cardiaque ainsi qu’une vasoconstriction des vaisseaux périphériques. Les chémorécepteurs périphériques détectent notamment des changements de la pression partielle en oxygène dans le sang mais sont également sensibles à de nombreuses drogues en raison de leur richesse en récepteurs. Les chémorécepteurs jouent un rôle dans la régulation de la ventilation à l’effort mais leur implication exacte reste obscure à ce jour. C’est pourquoi nous avons étudié l’implication de la boucle chémoréflexe périphérique dans la régulation de la ventilation à l’effort chez le sujet sain, en modulant sa sensibilité par l’administration de dopamine (diminution de la sensibilité des chémorécepteurs) et de digoxine (augmentation de la sensibilité des chémorécepteurs). En outre, une dysfonction du système nerveux orthosympathique et de la boucle chémoréflexe périphérique a été documentée dans de nombreuses affections dont le syndrome d’apnée du sommeil. Les patients apnéiques du sommeil présentent une sensibilité accrue des chémorécepteurs périphériques et un taux plasmatique élevé d’ET. Nous avons tenté d’éclaircir le lien entre les deux. Les principales observations qui ressortent de nos études sont :1. Une réduction ou augmentation de la sensibilité des chémorécepteurs périphériques entraine respectivement une diminution ou une augmentation de la réponse ventilatoire à l’effort sans altérer les capacités aérobies chez le sujet sain. 2. La contribution des chémorécepteurs périphériques dans le contrôle de la réponse ventilatoire à l’effort reste modeste. 3. L’endothéline contribue à l’élévation de la PAS en réponse à l’hypoxie aiguë chez des patients présentant un syndrome d’apnée du sommeil sévère. Ceci n’est pas dû à une moindre activation chémoréflexe par le bosentan. L’endothéline ne semble par conséquent pas participer au contrôle chémoréflexe chez les patients ayant un SASO. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La néphropathie aux acides aristolochiques (NAA) est une néphrite tubulo-interstitielle (TI) toxique initialement rapportée chez des patients après la consommation de remèdes à base de plantes chinoises contenant des acides aristolochiques (AA). Histologiquement, elle est caractérisée par une fibrose interstitielle, facilement reconnaissable à son gradient corticomédullaire, et une atrophie tubulaire, responsables d’une dégradation rapide de la fonction rénale conduisant à l’insuffisance rénale terminale. La reproduction de la maladie humaine chez l’animal (rat) dans le laboratoire expérimental de néphrologie a permis de retrouver les adduits d’ADN spécifiques aux AA et de décrire une évolution biphasique de l’atteinte TI :une phase aiguë, caractérisée par une nécrose tubulaire des cellules épithéliales tubulaires proximales (CETP) (en particulier du segment S3) associée à un infiltrat inflammatoire mononucléé et une phase chronique caractérisée par une atrophie tubulaire et une fibrose interstitielle. L’atteinte ciblée des CETP observée dans la NAA a suggéré l’existence de mécanismes physiopathologiques spécifiques à ce segment du néphron. Par ailleurs, l’infiltrat inflammatoire a été proposé comme étant le lien physiopathologique entre la phase aiguë et la phase chronique. La localisation des transporteurs d’anions organiques (ou organic anion transporter, OAT) dans le tubule proximal et leurs rôles dans d’autres néphropathies toxiques ont suggéré leur implication dans la NAA. Des études in vitro ont permis de démontrer leur responsabilité dans l’accumulation intracellulaire des AA, mais leur implication ainsi que l’effet protecteur du probénécide (PBN) un inhibiteur des OAT, n’a jamais été démontrée in vivo. Dans un modèle murin, nous avons confirmé le rôle des OAT dans le transport des AA ainsi que l’effet protecteur du PBN dont l’administration a permis de prévenir l’augmentation de la créatinine plasmatique, de réduire les lésions aiguës et chroniques et de diminuer la sévérité et l’étendue des lésions en microscopie électronique. De plus, la quantité d’adduits d’ADN spécifiques aux AA a été significativement réduite aux temps précoces. Bien qu’un infiltrat inflammatoire ait été démontré dans la NAA chez l’homme et l’animal, le rôle précis des leucocytes n’a jamais été étudié dans ce modèle. Nous avons démontré que la déplétion en lymphocytes T-CD4+ ou CD8+ aggravait l’atteinte rénale aiguë (ARA) (augmentation de la nécrose, de la créatinine plasmatique et de l’urée) induite par les AA. En outre, leur injection prolongée a provoqué une augmentation importante de la mortalité dans le groupe déplété en lymphocytes T-CD4+ par rapport au groupe injecté uniquement avec des AA. L'injection d’AA induisant une augmentation de la proportion de lymphocytes T régulateurs intrarénaux par rapport aux souris contrôles, nous avons également testé les effets de leur déplétion. Etonnamment, aucune augmentation de la créatinine plasmatique, de l’urée ou du score de nécrose n'a été observée. De plus, l’ARA de la NAA s’est accompagnée d’une augmentation de la population CD11bhighF4/80mid et d’une diminution de la population CD11blowF4/80high. La déplétion lymphocytaire CD4+ a provoqué une augmentation encore plus importante de la population CD11bhighF4/80mid et la déplétion T-CD8+ une diminution plus importante de la population CD11blowF4/80high. Les lymphocytes T-CD4+ et CD8+ exercent donc un effet protecteur dans la NAA expérimentale. L’aggravation de l’atteinte rénale consécutive à leur déplétion pourrait être liée à la perte du rétrocontrôle de l’immunité innée par l’immunité adaptative ou à une modification du phénotype des macrophages. Cette hypothèse mériterait d’être confirmée par des données complémentaires. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cell populations in the human body form highly complex systems, their behavior driven by countless processes within the cells themselves as well as their interactions with each other and their environment. A mathematical approach to describing their emergent phenomena on the tissue level typically requires abstractions of these underlying systems in order to obtain tractable and interpretable models, which in turn often leads to descriptions involving stochastic processes.In this doctoral thesis two such cellular systems are investigated. The first is the human hematopoietic system: the machinery by which precursor cells of the blood are cultivated and matured in the bone marrow. This process is essential to enable mammalian physiology, from providing oxygen-carrying erythrocytes to ensuring regular upkeep and preservation of the immune system. Obtaining a quantitative understanding of key aspects of this system can provide valuable insights and testable predictions concerning the origin and dynamics of various blood-related diseases, however, in vivo studies of maturing blood cells pose significant challenges and in vitro studies provide only limited predictive power. The system’s hierarchical architecture is on the other hand well fit to the application of mathematical techniques relying only on a few basic assumptions and parameters. This research aims to contribute to two broader questions concerning hematopoiesis, the first being “What is the shape of this system?” and the second “How does it behave?”. Both questions must be answered sufficiently before quantitative models can be developed with enough predictive power to aid in clinical research and applications.The second project stems from questions in oncology concerning the locomotive capabilities of various cancerous cell types, but ultimately poses these in a broader context, attempting to understand cell motion in the context of a growing but spatially restricted population. Drawing from the domain of non-equilibrium statistical mechanics applied to actively moving particles, an important goal is to understand the effects of heightened proliferation on the collective motion. / Les populations cellulaires du corps humain forment des systèmes complexes, leur comportement étant déterminé par d'innombrables processus au sein des cellules elles-mêmes ainsi que par leurs interactions entre elles et avec leur environnement. Une approche mathématique de la description de leurs phénomènes émergents au niveau des tissus nécessite généralement l'abstraction de ces systèmes sous-jacents afin d'obtenir des modèles traitables et interprétables, ce qui à son tour conduit souvent à des descriptions impliquant des processus stochastiques. Dans cette thèse de doctorat, deux de ces systèmes cellulaires sont étudiés.Le premier est le système hématopoïétique humain :la machinerie par laquelle les cellules précurseurs du sang sont cultivées et maturées dans la moelle osseuse. Ce processus est essentiel pour permettre la physiologie des mammifères, depuis la fourniture d'érythrocytes porteurs d'oxygène jusqu'à la préservation du système immunitaire. L'obtention d'une compréhension quantitative des aspects clés de ce système peut fournir des informations précieuses et des prévisions vérifiables concernant l'origine et la dynamique de diverses maladies liées au sang. Cependant, les études in vivo de la maturation des cellules sanguines posent des défis importants, et les études in vitro n'offrent qu'un pouvoir prédictif limité. Par ailleurs, l'architecture hiérarchique du système est bien adaptée à l'application de techniques mathématiques reposant uniquement sur quelques hypothèses et paramètres. Cette recherche vise à contribuer à deux questions plus larges concernant l'hématopoïèse, la première étant "Quelle est la forme de ce système" et la seconde "Comment se comporte-t-il ?Ces deux questions doivent recevoir une réponse suffisante avant que des modèles quantitatifs puissent être développés avec un pouvoir prédictif suffisant pour faciliter la recherche clinique et les applications.Le deuxième projet découle de questions en oncologie concernant les capacités locomotrices de divers types de cellules cancéreuses, mais les pose finalement dans un contexte plus large, en essayant de comprendre le mouvement des cellules dans le disposition d'une population croissante mais limitée dans l'espace. En s'appuyant sur le domaine de la mécanique statistique du non-équilibre appliquée aux particules en mouvement actif, un objectif important est de comprendre les effets d'une prolifération accrue sur le mouvement collectif. / Celpopulaties in het menselijk lichaam vormen complexe systemen. Het individuele celgedrag wordt gedreven door zowel talloze processen binnenin de cellen zelf, als door interacties met elkaar en hun omgeving. Een wiskundige beschrijving van fenomenen op het niveau van de weefsels vereist abstracties van deze onderliggende systemen om hanteerbare en interpreteerbare modellen te verkrijgen, waarbij vaak stochastische processen betrokken zijn. In dit proefschrift worden twee van dergelijke cellulaire systemen onderzocht. Het eerste is het menselijke hematopoëtische systeem: de machinerie waarmee voorlopercellen van het bloed worden ontwikkeld in het beenmerg. Dit proces is essentieel om de fysiologie van zoogdieren mogelijk te maken, van het leveren van zuurstofdragende rode bloedcellen tot het onderhoud van het immuunsysteem. Het verkrijgen van een kwantitatief inzicht in aspecten van dit systeem kan waardevolle inzichten en testbare voorspellingen opleveren met betrekking tot de oorsprong en de dynamiek van verschillende bloedgerelateerde ziekten. Echter, in vivo studies van ontwikkelende bloedcellen vormen een aanzienlijke uitdaging en in vitro studies leveren slechts een beperkt voorspellend vermogen op. De hiërarchische architectuur van het systeem verleent zich daarentegen handig naar het toepassen van wiskundige technieken op basis van slechts enkele aannames en parameters. Dit onderzoek heeft als doel bij te dragen aan twee bredere vragen met betrekking tot hematopoëse, de eerste zijnde "Wat is de structuur van dit systeem?" en de tweede "Hoe gedraagt het zich?". Beide vragen moeten voldoende worden beantwoord voordat kwantitatieve modellen kunnen worden ontwikkeld met voldoende voorspellende kracht om klinisch onderzoek te kunnen bijstaan.Het tweede project komt voort uit vraagstukken in de oncologie over de motorische capaciteiten van verschillende kankerceltypes, maar plaatst deze uiteindelijk in een bredere context, waarbij getracht wordt de stochastische beweging van cellen te begrijpen in de context van een groeiende maar ruimtelijk beperkte populatie. Uitgaande van het domein van de niet-evenwicht statistische mechanica toegepast op actief bewegende deeltjes, is een belangrijk doel het begrijpen van de effecten van een verhoogde proliferatie op de collectieve beweging. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<P align="justify">Dans les conditions physiologiques normales, la glycémie est maintenue dans d'étroites limites. La sécrétion d'insuline par les cellules B pancréatiques joue un rôle majeur dans ce contrôle. En effet, l'insuline est la seule hormone capable d'empêcher une élévation excessive de la glycémie. La cellule B pancréatique constitue un exemple d'oscillateur cellulaire dont la dynamique non linéaire permet l'apparition d'une activité électrique "en salves" ("bursting"). Lors de la sécrétion, les cellules B présentent des oscillations du potentiel membranaire, alternances de phase actives, où la membrane est dépolarisée et durant laquelle des potentiels d'action sont produits, et de phases silencieuses, où le potentiel membranaire est stable et hyperpolarisé. La durée relative de la phase active est directement carrelée au taux de sécrétion d'insuline. Cette activité électrique est produite par une modification des flux ioniques transmembranaires. Il est maintenant établi que l'élévation de la concentration intracellulaire de Ca2+ ([Ca2+]i) qui se produit lors de la phase active est impliquée dans le déclenchement de l'exocytose. Néanmoins, les mécanismes impliqués dans la régulation de l'activité électrique restent mal compris.</P><p><p><P align="justify">Dans ce travail, nous examinons le rôle d'une protéine présente dans la membrane de la cellule B, l'échangeur Na+/Ca2+ ,dans la modulation des oscillations du potentiel membranaire et de la [Ca2+]i .Depuis sa découverte au niveau des cellules cardiaques et de l'axone de calmar, l'échange Na+/Ca2+ a été identifié dans de nombreux autres types cellulaires dont la cellule B pancréatique. Ce transporteur utilise le gradient électrochimique du Na+ comme source d'énergie pour l'expulsion des ions Ca2+ du cytosol. Dans les cellules cardiaques, il représente un mécanisme important d'expulsion du Ca 2+ intracellulaire. De plus, étant donné la stoechiométrie de la réaction de transport, son activité induit un courant (I Na/Ca) qui est impliqué dans la prolongation des potentiels d'action cardiaques. Au niveau de la cellule B pancréatique, le rôle de l'échange Na+/Ca2+ reste mal compris. L'absence d'inhibiteur spécifique de la protéine handicape sérieusement l'approche expérimentale.</P><p><p><P align="justify">Dès lors, nous avons utilisé une approche basée sur la modélisation mathématique afin de clarifier l'impact de l'activité de l'échange Na+/Ca2+ sur l'activité électrique et la régulation de [Ca2+]i de la cellule B pancréatique. La modélisation de l'activité électrique de la cellule B pancréatique repose sur le formalisme développé par Hodgkin et Huxley pour la cellule nerveuse. Dans ce contexte, l'application de la conservation de la charge au circuit équivalent de la membrane cellulaire fournit un système d'équations différentielles ordinaires, non linéaires.</P><p><p><P align="justify">Lors de la première partie de notre travail, nous avons mis au point un dispositif expérimental permettant de mesurer le courant électrique lié aux phénomènes de transport ioniques dans les membranes cellulaires. Nous avons pu détecter I Na/Ca et étudier son activation par la [Ca2+]i et le potentiel membranaire. Ces données expérimentales nous ont permis de proposer un modèle minimal pour I Na/Ca. D'autre part, afin d'évaluer expérimentalement l'effet de l'échange Na+/Ca2+ sur l'activité électrique de la cellule B pancréatique, nous avons étudié l'effet d'une réduction de la concentration extracellulaire de Na+ sur les oscillations du potentiel membranaire.</P><p><p><P align="justify">D'un point de vue théorique, à partir de notre modèle minimal pour I Na/Ca ,nous avons élaboré différents modèles mathématiques de l'activité électrique des cellules B. Ces modèles fournissent une prédiction correcte, qualitativement et quantitativement, de l'effet d'une réduction de la concentration extracellulaire de Na+ sur l'activité électrique périodique de la cellule B pancréatique. D'autre part, nos simulations numériques nous ont permis de démontrer la capacité de l'échange Na+/Ca2+ à moduler la durée relative de la phase active des oscillations du potentiel membranaire. De plus, nous avons pu mettre en évidence un mécanisme physiologique original liant la concentration extracellulaire de glucose et l'activité du transporteur. Enfin, nous nous sommes intéressés aux effets induits par la présence de l'échange Na+/Ca2+ sur l'activité électrique périodique et la régulation de [Ca 2+]i de cellules B couplées électriquement et hétérogènes en leurs paramètres. En effet, dans les conditions physiologiques, les cellules B constituent une population de cellules hétérogènes, électriquement couplées au sein des îlots pancréatiques. Il est établi que ce couplage joue un rôle essentiel dans l'apparition et la régulation de l'activité électrique périodique. Nous avons étudié différents modèles mathématiques correspondant à un réseau de cellules électriquement couplées. Nos simulations numériques nous ont permis de démontrer que l'échange Na+/Ca 2+ joue un rôle clef dans la régulation de la [Ca2+]i au sein d'un réseau de cellules B couplées électriquement. Il prévient, localement, l'apparition de niveaux de [ca2+]i trop élevés, potentiellement dangereux pour le métabolisme cellulaire, causés par l'hétérogénéité des paramètres cellulaires.</P><p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation physique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Breathing is a vital phenomenon that implies synergy of various anatomical structures that constitute the thorax. Joint physiology remains a relatively poorly-known component of the overall thorax physiology. Quantitative literature related to in vivo thorax kinematics during breathing is scarce. The present work focuses specifically on developing and applying a methodology to reach this goal. The developed method combined processing of CT data obtained at different lung volumes and infographic techniques. Detailed ranges of motion (ROMs) and axes of movement (mean helical axes, MHAs) were obtained at costovertebral joints in 12 asymptomatic subjects; rib ROMs gradually decrease with increasing rib number; lung volume and rib level have a significant influence on rib ROM; MHAs did not differ between rib levels. In addition, the method was applied on a sample of 10 patients with cystic fibrosis. The pathological condition significantly influenced CVJ ROMs while the orientation of the MHAs did not differ. Finally, the sternal displacement, sternal angle variations and sternocostal joints (SCJ at rib1 to 7) kinematics during breathing motion were analyzed. Rib ranges of motion relative to sternum decreased with increasing rib number similarly to CVJ. Orientation of the MHAs did not differ between SCJ levels. A significant linear correlation was demonstrated between sternum vertical displacement and rib ranges of motion at both CVJ and SCJ. The present work substantially contributes to 3D modelling of human thorax in breathing at a joint level both qualitatively and quantitatively. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’adaptation de la circulation pulmonaire à l’effort se fait essentiellement par l’augmentation de sa compliance. Cette distensibilité explique la chute de la résistance vasculaire pulmonaire (RVP). La résistance et la distensibilité vasculaire pulmonaire (α) à l’effort sont corrélées à l’aptitude aérobie. Cependant ces déterminants hémodynamiques majeurs de la circulation pulmonaire à l’effort sont modifiés par des caractères génétiques liés à l’origine géographiques et à l’appartenance au sexe masculin. Les sujets masculins Africains sub-sahariens ont une circulation pulmonaire moins distensible en réponse au débit cardiaque élevé en témoignent, leurs résistances vasculaires pulmonaires élevées, leurs pentes de relation multipoint pression artérielle pulmonaire moyenne débit cardiaque (PAPm-DC) raide. À cet effet, ils ont une moindre réserve vasculaire associée à une faible consommation maximale d’oxygène (VO2max), comparés aux Caucasiens appariés par l’âge, le sexe, le poids, la taille la dimension corporelle. Nous avons évalué l’aptitude aérobie de nos sujets par un test d’effort cardiorespiratoire incrémental sur bicyclette ergométrique. Il a permis la mesure des paramètres respiratoires et métaboliques (ventilation, consommation d’oxygène et production du dioxyde de carbone (CO2), de la fréquence cardiaque (Fc) et des pressions artérielles systémiques aux différents niveaux de l’effort. Il a aussi permis une analyse fine du comportement des sujets à l’effort, de la cause de leur limitation à l’effort. Des études préliminaires ont rapporté la faisabilité des mesures non invasives des paramètres hémodynamiques de la circulation pulmonaire au repos et à l’effort par échocardiographie. Il existe cependant une excellente corrélation entre les mesures des paramètres hémodynamiques de la circulation pulmonaire à l’effort obtenues par le cathétérisme cardiaque droit et celles recueillies par l’échocardiographie (R = 0,98). L’estimation du débit cardiaque et de la pression artérielle pulmonaire par échocardiographie à l’effort permet aussi une approximation raisonnable de leurs relations (PAPm-DC). À cet effet, nous avons jugé raisonnable d’évaluer l’état fonctionnel de la circulation pulmonaire des sujets par l’échocardiographie. La mesure de la capacité de diffusion pulmonaire qui est aussi une approche de la circulation pulmonaire nous a permis la mesure du composant membranaire de la diffusion pulmonaire et d’estimer le volume sanguin capillaire (Vc) par application de l’équation de Roughton et Forster pour l’oxyde nitrique et le monoxyde de carbone qui suit :1 / DL = 1 / Dm + 1 / θ.VcOù :• DL :diffusion pulmonaire,• Dm :diffusion membranaire,• θ :affinité pour l’hémoglobine,• Vc :volume capillaire. Plusieurs études ont démontré une corrélation entre le rapport taille assise / taille debout ou l’indice de Cormic et les volumes pulmonaires. À cet effet, la différence de proportion de taille entre les sujets d’origine Africaine et les Caucasiens Européens a une grande influence sur les volumes pulmonaires comme le volume expiratoire maximal en une seconde (VEMS) et de la capacité vitale forcée (CVF) ainsi que la capacité pulmonaire totale (CPT). Les études ont rapporté une diminution du VEMS et de la CVF chez les Afro-américains comparés aux blancs Caucasiens en rapport avec la différence de proportions du corps, la taille assise étant plus petite chez les descendants Africains que celle des Caucasiens. Cependant nous avons suggéré que cette différence de proportion de taille peut influencer la capacité de diffusion pulmonaire. Cela a été confirmé par les valeurs des paramètres de diffusion pulmonaire mesurées au repos et à l’effort chez les Africains et comparées à celles des sujets Caucasiens dans les mêmes conditions. Nous avons observé une diminution de volume alvéolaire (VA), de la DLNO, de la DLCO, et du Vc aussi bien entre les sujets masculins qu’entre les sujets féminins au repos et à l’effort. La différence interraciale de DLNO et de DLCO disparait quand on les corrige pour le VA. Le rapport DLNO / DLCO était aussi élevé au repos chez les Africains et persistait à l’effort. Les travaux de recherche réunis dans la présente thèse avaient pour but :(1) d’évaluer l’adaptation hémodynamique de la circulation pulmonaire à l’effort et de mesurer la capacité de diffusion pulmonaire au repos et à l’effort chez les sujets normaux Africains subsahariens et (2) de comparer les valeurs obtenues à celles mesurés chez les sujets normaux Caucasiens dans les mêmes conditions d’études, les sujets étant bien appariés par l’âge, le sexe, le poids, la taille et la surface corporelle.Dans une première étude, nous avons mesuré les paramètres hémodynamiques de la circulation pulmonaire à l’effort chez les sujets Africains et les comparer à ceux des sujets Caucasiens. Chez les sujets masculins Africains, la circulation pulmonaire était caractérisée par une résistance élevée, une faible distensibilité avec une réserve vasculaire diminuée corrélée à faible consommation maximale d’oxygène.Dans une seconde étude nous avons évalué l’effet de la dysanapsie sur la capacité de diffusion pulmonaire au repos et à l’effort. Les résultats montrent que les paramètres de diffusion pulmonaire (VA, DLCO, DLNO, et Vc) sont diminués aussi bien chez les sujets masculins que chez les sujets féminins Africains en rapport avec leur plus petit volume pulmonaire. Quand on corrige les valeurs de la DLNO et de la DLCO pour le VA, la différence interraciale disparaisse. Le rapport DLNO / DLCO était élevé chez les sujets Africains au repos et à l’effort. En conclusion :nos travaux de recherche ont démontré que :(1) la circulation pulmonaire est intrinsèquement résistive et moins distensible chez les sujets masculins Africains en réponse à un débit cardiaque élevé. Cet état fonctionnel diminue la réserve vasculaire pulmonaire et la consommation maximale d’oxygène, (2) la capacité de diffusion pulmonaire est aussi diminuée par l’effet de la dysanapsie chez les Africains subsahariens. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished