Bien qu’il ait prouvé son efficacité dans différentes espèces (lapin, porc, souris,…) ainsi que dans différents organes (rein, foie coeur, poumon,…), le Postconditionnement (PostC) peut être limité par plusieurs facteurs. Parmi les limites du Post C, on note la nécessité de son application à l’initiation de la reperfusion. L’objectif de notre travail était d’évaluer la protection induite par la Basse pression de reperfusion (BP) après un décalage temporel de son application et d’étudier les principales fonctions mitochondriales connues pour être impliquées dans la cardioprotection. Nos résultats nous ont permis de démontrer que, contrairement au PostC, la BP pouvait s’appliquer avec succès même après un décalage temporel de 10 minutes après le début de la reperfusion. Cette protection décalée est en lien avec les fonctions mitochondriales, en particulier, l’inhibition du pore de transition de perméabilité mitochondriale (PTPm). L’utilisation de la cyclosporine A (CsA), puissant inhibiteur de l’ouverture du PTPm, permet également de décaler de 10 minutes la manœuvre de protection à la reperfusion dans le modèle de coeur isolé perfusé de rat. Le PostC, comme la BP, utilise deux sources de production de NO (NOS et Xanthine oxydase reductase) pour induire la cardioprotection. Ces résultats nous semblent importants dans le sens où ils proposent une nouvelle fenêtre thérapeutique pour combattre les dégâts liés à l’ischémie/reperfusion, la BP / Although its efficacy in various species (rabbit, pig, mouse,…) and various organs (kidney, liver heart, lung), Postconditioning (PostC) can be limited by many factors such as the necessity of its application in the initiation of the reperfusion. The objective of our work was to evaluate the protection by low pressure reperfusion (LPR) with delayed intervention at reperfusion and to study the mitochondrial functions which are known to be involved in the cardioprotection. Our results showed that, contrary to PostC, LPR can protect until 10 minutes of its delayed intervention at reperfusion. This delayed protection is in correlation with mitochondrial functions, particularly, inhibition of mitochondrial transition pore (PTPm). Cyclosporine, inhibitor of PTPm, has also shown protection until 10 minutes of delayed intervention, on isolated heart rat model. PostC, like LPR, use tow sources of prodution of NO (NOS and Xanthine oxydase reductase). These results seem, to us, very important because they propose LPR as a new therapeutic window to reduce ischemia/reperfusion injury

In den ersten Versuchsreihen der hier vorliegenden Arbeit bestätigte sich, dass im in vitro Modell die klassische ischämische Präkonditionierung kardioprotektiv wirkt. Die Präkonditionierung bewirkte eine Infarktgrößenreduktion um 54 %; dies wird durch Literaturangaben bestätigt. Die Postkonditionierung dagegen, trotz drei verschiedener Postkonditionierungsprotokolle, ist am isoliert perfundierten Rattenherzen nicht protektiv. Im in vivo Rattenherz-Modell wurden die Präkonditionierung und die klinisch relevantere Postkonditionierung gegenüberstellend untersucht. Hier zeigte sich, dass die 3 Reperfusions-/Ischämiezyklen für jeweils 30 Sekunden der Postkonditionierung genauso protektiv wie die Präkonditionierung wirken. Infarktgrößen- und biochemische Untersuchungen belegen, dass hierbei die PI3-Kinase ein wichtiges Signaltransduktionselement ist, da einerseits durch die Inhibition der PI3-Kinase mittels Wortmannin die Infarktgrößenreduktion vollständig aufgehoben war und andererseits nach einer 1,5-minütigen Reperfusion eine vermehrte Phosphorylierung der Akt im Western-Blot auftrat. Des Weiteren konnte erstmals die Inaktivierung der GSK-3ß durch eine verstärkte Phosphorylierung über einen PI3-Kinase-vermittelten Signaltransduktionsweg nachgewiesen werden. Die Zugabe des spezifischen Inhibitors TDZD-8 der GSK-3ß verringert ebenfalls die Infarktgröße signifikant. Auch konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass das mammalian target of Rapamycin in der Postkonditionierung des in vivo Rattenherzens eine wichtige Rolle zu spielen scheint. Außerdem konnte neben dem PI3-Kinase/Akt-Signaltransduktionsweg auch die Beteiligung des MEK1/2-ERK1/2–Wegs als Signaltransduktionsweg der Postkonditionierung im in vivo Rattenherzen nachgewiesen werden. Erstmals wurde die Apoptose in einem in vivo Herzen nach regionaler Ischämie untersucht. Die Ergebnisse des TUNEL-Tests und der Western-Blot-Analysen zeigen eine unterdrückte Apoptose durch die Postkonditionierung. Ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit widmete sich der Untersuchung der Postkonditionierung in pathologischen Rattenherzen. Im Gegensatz zu gesunden Herzen schlug die Postkonditionierung in hypertrophiertem Myokardium von spontan-hypertensiven Ratten mit einer signifikant arteriellen Hypertension fehl. Diese Blockierung der Kardioprotektion zeigte sich durch die fehlende Reduzierung der Infarktgröße trotz unterschiedlicher Postkonditionierungsprotokolle (3x30’’ und 6x10’’ R/I) und unterschiedlich langer Ischämiedauern (20 und 30 Minuten). Gleichfalls war auch die Phosphorylierung der GSK-3ß aufgehoben. Als Modell des metabolischen Syndroms wurde die WOKW-Ratte untersucht. Diese Ratten entwickeln in sehr jungem Alter klassische Symptome wie Dyslipidämie, Hyperinsulinämie und Fettsucht. Wie bei der Herzhypertrophie war auch beim Modell des metabolischen Syndroms die Postkonditionierung - mit 3 Reperfusions-/ Ischämiezyklen für jeweils 30 Sekunden - blockiert. Dabei konnte weder eine Infarktgrößenreduktion noch eine vermehrte Phosphorylierung der GSK-3ß nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit erlauben die Schlußfolgerung, dass das Substrat der GSK-3ß, die mPTP des Mitochondriums, eine „Schlüsselrolle“ in der Apoptose innehat - die Postkonditionierung vermindert nicht nur die Nekrose, sondern reduziert auch die Apoptose. Bemerkenswert und potentiell von klinischer Bedeutung ist die Beobachtung, dass bei Vorliegen von Risikofaktoren, wie arterielle Hypertonie und metabolischem Syndrom, solche Schutzmechanismen des Herzens aufgehoben sind. Diese Erkenntnisse sind im Hinblick auf die Therapie am Menschen von großer Bedeutung. Ob langfristig einzelne Komponenten der Signaltransduktionswege, wie PI3-Kinase, Akt, mTOR, ERK1/2 oder GSK-3ß, Angriffspunkte einer pharmakologischen Therapie sein könnten, muß in weiteren Untersuchungen geklärt werden.

La reperfusion complète et précoce est le moyen le plus efficace pour limiter l'extension de l'infarctus cérébral et les séquelles neurologiques. Le traitement de l'infarctus cérébral a été révolutionné par la thrombectomie mécanique intra-artérielle en permettant une recanalisation dans plus de 70% des cas et une réduction significative de la morbidité comparativement à la thrombolyse seule pour le territoire carotidien. Le pronostic des occlusions basilaires reste dramatique et aucun essai n'a démontré le bénéfice de l'approche intra-artérielle à l'heure actuelle. Dans la première partie du travail, nous avons réalisé une méta-analyse sur la thrombectomie par «stent-retriever» des occlusions basilaires, à partir des résultats publiés dans MEDLINE entre novembre 2010 et avril 2014: recanalisation angiographique (TICI≥2b)=81% (IC 95%: 73-87); hémorragie cérébrale symptomatique à 24 heures=4% (IC 95%: 2-8); évolution neurologique favorable (mRS≤2 à 3 mois)=42% (IC 95%: 36-48); mortalité=30% (IC 95%: 25-36). L'approche intra-artérielle ouvre une nouvelle ère thérapeutique, cependant un modèle animal adapté et pertinent est nécessaire pour l'évaluation pré-clinique. Dans la deuxième partie du travail, nous avons caractérisé l'évolution spatio-temporelle précoce de l'infarctus par IRM multimodale dans un modèle d'ischémie cérébrale focale transitoire réalisé par occlusion sélective intra-artérielle de l'artère cérébrale moyenne chez le rat adulte. Une occlusion complète de l'artère cérébrale moyenne proximale était observée dans 75% des 16 rats opérés, et un mismatch diffusion/perfusion dans 77% des cas. Le volume ischémique durant l'occlusion artérielle, définie sur la séquence de diffusion, était de 90±64 mm3 et de 57±67 mm3 à 24 heures sur la séquence T2. La recanalisation artérielle s'associe à une reperfusion tissulaire dans 36% des cas. L'hypoperfusion persistait chez la majorité des animaux 3 heures après recanalisation. L'infarctus était de localisation cortical dans 31%, striatale dans 25%, et cortico-striatale dans 44%. Tous les animaux étaient en vie à 24 heures confirmant le caractère mini-invasif de ce modèle. Bien que la reperfusion sauve incontestablement une partie du parenchyme ischémique, elle s'accompagne également de lésions irréversibles spécifiques, dites de reperfusion, s'ajoutant aux lésions initiales. Limiter l'importance des lésions de reperfusion représente un objectif thérapeutique majeur. Dans la troisième partie, nous avons testé l'effet neuroprotecteur de la Cyclosporine A sur la réduction du volume de l'infarctus cérébral et sur le pronostic clinique. Une procédure d'ischémie reperfusion cérébrale de 60 minutes a été réalisée chez 48 animaux, puis ont été randomisés en quatre groupes (groupe témoin, pré-conditionnement, postconditionnement intraveineux et intra-artériel avec la Cyclosporine A à la dose de 10 mg/kg dans les 30 secondes suivant la reperfusion). Sur les 43 animaux inclus dans l'analyse, il n'a pas été observé de réduction du volume ischémique ni une amélioration du pronostic après injection intraveineuse ou intra-artérielle de Cyclosporine A. La Cyclosporine A ne permet pas non plus de limiter l'extension des lésions de reperfusion au sein de la zone à risque à 24 heures de la reperfusion cérébrale / Early and complete reperfusion is the most effective therapy to limit the extent of brain infarction. The treatment of acute anterior ischemic stroke has been revolutionized by the intra-arterial mechanical thrombectomy allowing a 70% recanalization rate and a significant reduction of morbidity compared with thrombolysis alone. The prognosis of basilar artery occlusion remains catastrophic, and to date any trial has demonstrated the benefit of intra-arterial approach. In the first part of the work, we conducted a systematic review and meta-analysis of all previous studies of stent retriever thrombectomy in basilar artery occlusion patients between November 2010 and April 2014: recanalization (TICI≥2b)=81% (95% CI: 73-87); symptomatic intracranial haemorrhage at 24 hours=4% (95% CI 2-8); favorable neurological outcome (mRS≤2 at 3 months)=42% (95% CI: 36-48); mortality=30%(95% CI 25-36). Intra-arterial approach opens new avenues for the developement of treatments for brain infarction, but a relevant animal model of acute ischemic stroke is required for preclinical evaluation. In the second part of the work, we evaluated the spatiotemporal evolution of cerebral ischemia by sequential multimodal MRI in a new minimally invasive model of transient focal ischemia by selective intra-arterial occlusion of the middle cerebral artery in rat. A complete occlusion of the proximal portion of the middle cerebral artery was observed in 75% of 16 operated rats, and a mismatch diffusion/perfusion in 77% of cases. Acute stroke volume during arterial occlusion was 90±64 mm3 on diffusion-weighted imaging, and 57±67 mm3 at 24 hours on T2-weighted imaging. Recanalization is associated with tissue reperfusion in 36% of cases. The hypoperfusion persisted in the majority of animals 3 hours after recanalization. Brain infarction was cortical in 31%, striatal in 25%, and corticalstriatal in 44% of cases. All animals were alive at 24 hours, confirming the minimally invasive nature of the model. Although reperfusion saves a portion of ischemic tissue, it also carries specific irreversible damage, called reperfusion injury, in addition to initial damage caused by ischemia. Limiting the size of infarction is a major objective. In the third part, we tested the neuroprotective effect of Cyclosporine A in reducing the lesion volume and functional outcome. A total of 48 adult rats underwent the intra-arterial ischemia reperfusion procedure, and were randomly assigned to four treatment groups (control, preconditioning, intravenous and intra-arterial postconditioning with Cyclosporine A). Intravenous or intra arterial injection of Cyclosporine A at reperfusion does not either reduce the volume of stroke or improve the neurological outcome. Administation of Cyclosporin A at reperfusion does not limit the extension of reperfusion injuries within the ischemic risk area at 24 hours

L’ischémie-reperfusion (IR) du muscle squelettique est à l’origine de lésions au niveau local et au niveau systémique. Au niveau musculaire, l’IR est caractérisée par une atteinte de la chaîne respiratoire mitochondriale, une production de ROS et une activation de l’inflammation. Au niveau systémique, ces lésions peuvent aboutir à un tableau de défaillance multiviscérale. La physiopathologie et la chronologie précise de ces évènements demeurent néanmoins imprécises. Enfin, différentes stratégies ont été développées pour limiter ces lésions. Récemment, le dérivé Bβ (15-42) de la fibrine (nommé FX06) et le perconditionnement ont permis de protéger le myocarde des lésions d’IR. Les objectifs de notre travail sont de préciser, au niveau du muscle squelettique, les mécanismes à l’origine de ces lésions et d’évaluer ces deux nouvelles stratégies. Sur un modèle animal d’IR du muscle squelettique, nous avons observé une production de ROS pendant l’ischémie, préalable à l’atteinte mitochondriale et peut-être à l’origine de l’inflammation, et enfin une absence d’atteinte systémique au niveau mitochondrial après 2 heures et 24 heures de reperfusion. En ce qui concerne les traitements étudiés dans ce travail, nous n’avons pas pu démontrer l’efficacité du perconditionnement ischémique. Nous avons pu constater par contre que le peptide FX06 dérivé de la fibrine permet de prévenir l’apparition de ces lésions. Ces nouvelles connaissances vont nous permettre d’élaborer de nouvelles stratégies pour prévenir le développement des lésions d’IR. / Lower limb ischemia-reperfusion (IR) results in skeletal muscle mitochondrial alterations, production of reactive oxygen species (ROS), inflammation and remote organ impairments which are largely involved in patients prognosis. However, whether ischemia without reperfusion increases ROS production and preceedes mitochondrial alteration and whether mitochondrial dysfunction occurs early in remote organ is unknown. Remote ischemic perconditioning (PerC) and Fibrin-derived peptide Bβ(15-42) (FX06) prevent during cardiac IR but whether and how PerC and FX06 might protect skeletal muscle is unknown. This study tested whether PerC and FX06 would decrease skeletal muscle inflammation and reduce reactive oxygen species (ROS) production and mitochondrial dysfunction during IR. In an animal lower limb ischemia-reperfusion model, the objectives of our study were therefore to determine simultaneously the kinetic of ROS production, mitochondrial respiration and inflammation changes in skeletal muscle and remote organs during ischemia reperfusion and to challenge the effect of PerC and FX06 on mitochondrial respiratory chain complexes activities, ROS production and inflammation. We observed that oxidative stress preceedes skeletal muscle mitochondrial dysfunction and probably may be seen before inflammation activation. FX06 decreased inflammation, normalized ROS production and restored mitochondrial oxidative capacity during experimental skeletal muscle IR. PerC not only failed to protect ischemic skeletal muscle but impaired contralateral non ischemic suggesting that such therapy should be used with caution. This better knowledge will allow us to develop new strategies to prevent the development of IR lesions.

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Le postconditionnement cardiaque est paradoxal chez le rat. Certains auteurs ont montré que cet animal pouvait être protégé par le postconditionnement alors que d’autres ont montré qu’il était inefficace. L’objectif de notre travail était d’éclaircir cette situation et d’établir un lien entre la régulation des fonctions mitochondriales et la réussite ou l’échec du postconditionnement. Nous avons montré sur un modèle in vivo que le rat est sensible au postconditionnement cardiaque sous certaines conditions. Il semble que la réussite de cette thérapie nécessite à la fois une préservation de la phosphorylation oxydative, une inhibition de l’ouverture du mPTP et une diminution de la production de ROS. Nous avons également montré que le complexe I de la chaîne respiratoire régule l’ouverture du mPTP en liaison avec l’état de la Cyp D. L’ensemble de nos résultats montrent que le rat n’est pas réfractaire au postconditionnement, mais pour que celui-ci soit efficace, il est nécessaire de préserver l’intégrité des différentes fonctions mitochondriales. La cardioprotection et la régulation des fonctions mitochondriales sont donc spécifiquement liées au modèle utilisé / Cardiac postconditioning is paradoxical in rat. Certain authors showed that this animal could be protected by postconditioning whereas others showed that it was ineffective. The objective of our work was to clarify this situation and to establish a link between the regulation of the mitochondrial functions and the success or the failure of postconditioning. We showed on an in vivo model that the rat is sensitive to cardiac postconditioning under certain conditions. It seems that the success of this therapy requires at the same time a safeguarding of oxidative phosphorylation, an inhibition of the mitochondrial permeability transition pore opening and a reduction in the ROS production. We also showed that complex I of the respiratory chain controls the opening of the mPTP in relation with the state of Cyp D. Our results show that the rat is not insensitive to postconditioning, but it is necessary to preserve the integrity of the mitochondrial functions to be effective. The cardioprotection and the regulation of the mitochondrial functions are specifically related to the model used

Le pore de transition de perméabilité mitochondriale (PTPm) joue un rôle majeur dans la mort cellulaire et dans la cardioprotection. Notre hypothèse est que le complexe I de la chaîne respiratoire est impliqué dans la régulation de l’ouverture du PTPm. Sur des mitochondries isolées de cœurs des rongeurs, nous avons pu démontrer que le PTPm est désensibilisé par la cyclosporine A, un inhibiteur de la cyclophiline D (CyP-D), et cet effet est largement amplifié en présence de la roténone, un inhibiteur du complexe I. Ces résultats ont été confirmés chez la souris CyP-D déficiente. L’étude de plusieurs types cellulaires a aussi confirmé l’effet de la roténone dans la régulation du PTPm. Ainsi, nous avons pu montrer que le flux d’électrons travers le complexe I est capable de réagir sur un site de régulation du PTPm cardiaque masqué par la CyP-D. De plus, les analogues de l’ubiquinone, élément de la chaîne respiratoire impliqué dans le transfert d’électrons entre les complexes I, II et III, modulent la susceptibilité du PTPm vis-à-vis du Ca2+. Par ailleurs, dans un modèle de cœur isolé du rat, le postconditionnement par le perindoprilate, un inhibiteur de l’enzyme de conversion, diminue la taille de l’infarctus après l’ischémie-reperfusion d’une façon NO-dépendant. L’ensemble de nos résultats ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques dans la cardioprotection et montre l’importance du complexe I et de la CyP-D comme cibles moléculaires incontournables dans la cardioprotection / The mitochondrial permeability transition pore (mPTP) plays an important role in cell death and cardioprotection. Our hypothesis is that the complex I of mitochondrial respiratory chain regulates the opening of mPTP. We showed that the opening of mPTP was inhibited by Cyclosporin A (CsA), a cyclophilin D (CyP-D) inhibitor, in mitochondria isolated from rodent heart, and this effect was largely amplified by rotenone, a complex I inhibitor. These results were confirmed in mitochondria devoid of CyP-D. A study realised in several cell lines also confirmed the effect of rotenone in mPTP regulation. We concluded that the electron flow through the respiratory chain complex I regulate mPTP opening and the regulatory site is masked by CyP-D in cardiac mitochondria. Moreover, two analogues of ubiquinone, mobile carrier of electrons between complex I, II and complex III, modulate the susceptibility of mPTP. In addition, in a model of isolated rat heart, postconditioning with Perindoprilat, an angiotensin converting enzyme inhibitor, protects the heart from ischemia-reperfusion injury in an NO-dependant manner. The findings of the present work put new therapic perspectives in cardioprotection

In den ersten Versuchsreihen der hier vorliegenden Arbeit bestätigte sich, dass im in vitro Modell die klassische ischämische Präkonditionierung kardioprotektiv wirkt. Die Präkonditionierung bewirkte eine Infarktgrößenreduktion um 54 %; dies wird durch Literaturangaben bestätigt. Die Postkonditionierung dagegen, trotz drei verschiedener Postkonditionierungsprotokolle, ist am isoliert perfundierten Rattenherzen nicht protektiv. Im in vivo Rattenherz-Modell wurden die Präkonditionierung und die klinisch relevantere Postkonditionierung gegenüberstellend untersucht. Hier zeigte sich, dass die 3 Reperfusions-/Ischämiezyklen für jeweils 30 Sekunden der Postkonditionierung genauso protektiv wie die Präkonditionierung wirken. Infarktgrößen- und biochemische Untersuchungen belegen, dass hierbei die PI3-Kinase ein wichtiges Signaltransduktionselement ist, da einerseits durch die Inhibition der PI3-Kinase mittels Wortmannin die Infarktgrößenreduktion vollständig aufgehoben war und andererseits nach einer 1,5-minütigen Reperfusion eine vermehrte Phosphorylierung der Akt im Western-Blot auftrat. Des Weiteren konnte erstmals die Inaktivierung der GSK-3ß durch eine verstärkte Phosphorylierung über einen PI3-Kinase-vermittelten Signaltransduktionsweg nachgewiesen werden. Die Zugabe des spezifischen Inhibitors TDZD-8 der GSK-3ß verringert ebenfalls die Infarktgröße signifikant. Auch konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass das mammalian target of Rapamycin in der Postkonditionierung des in vivo Rattenherzens eine wichtige Rolle zu spielen scheint. Außerdem konnte neben dem PI3-Kinase/Akt-Signaltransduktionsweg auch die Beteiligung des MEK1/2-ERK1/2–Wegs als Signaltransduktionsweg der Postkonditionierung im in vivo Rattenherzen nachgewiesen werden. Erstmals wurde die Apoptose in einem in vivo Herzen nach regionaler Ischämie untersucht. Die Ergebnisse des TUNEL-Tests und der Western-Blot-Analysen zeigen eine unterdrückte Apoptose durch die Postkonditionierung. Ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit widmete sich der Untersuchung der Postkonditionierung in pathologischen Rattenherzen. Im Gegensatz zu gesunden Herzen schlug die Postkonditionierung in hypertrophiertem Myokardium von spontan-hypertensiven Ratten mit einer signifikant arteriellen Hypertension fehl. Diese Blockierung der Kardioprotektion zeigte sich durch die fehlende Reduzierung der Infarktgröße trotz unterschiedlicher Postkonditionierungsprotokolle (3x30’’ und 6x10’’ R/I) und unterschiedlich langer Ischämiedauern (20 und 30 Minuten). Gleichfalls war auch die Phosphorylierung der GSK-3ß aufgehoben. Als Modell des metabolischen Syndroms wurde die WOKW-Ratte untersucht. Diese Ratten entwickeln in sehr jungem Alter klassische Symptome wie Dyslipidämie, Hyperinsulinämie und Fettsucht. Wie bei der Herzhypertrophie war auch beim Modell des metabolischen Syndroms die Postkonditionierung - mit 3 Reperfusions-/ Ischämiezyklen für jeweils 30 Sekunden - blockiert. Dabei konnte weder eine Infarktgrößenreduktion noch eine vermehrte Phosphorylierung der GSK-3ß nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit erlauben die Schlußfolgerung, dass das Substrat der GSK-3ß, die mPTP des Mitochondriums, eine „Schlüsselrolle“ in der Apoptose innehat - die Postkonditionierung vermindert nicht nur die Nekrose, sondern reduziert auch die Apoptose. Bemerkenswert und potentiell von klinischer Bedeutung ist die Beobachtung, dass bei Vorliegen von Risikofaktoren, wie arterielle Hypertonie und metabolischem Syndrom, solche Schutzmechanismen des Herzens aufgehoben sind. Diese Erkenntnisse sind im Hinblick auf die Therapie am Menschen von großer Bedeutung. Ob langfristig einzelne Komponenten der Signaltransduktionswege, wie PI3-Kinase, Akt, mTOR, ERK1/2 oder GSK-3ß, Angriffspunkte einer pharmakologischen Therapie sein könnten, muß in weiteren Untersuchungen geklärt werden.