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

L’endothélium est une barrière semi-perméable assurant le maintien de l’homéostasie vasculaire. C’est un régulateur clé du tonus vasculaire, des processus de coagulation et de fibrinolyse, et de l’inflammation. Sa dysfonction est à l’origine de nombreuses pathologies parmi lesquelles figurent les complications vasculaires liées au diabète, notamment les maladies cardiovasculaires, première cause de mortalité chez les patients diabétiques. Le stress oxydant associé aux produits avancés de glycation (AGEs), dont la formation est favorisée par l’hyperglycémie, constitue l’élément central de la dysfonction endothéliale. Ce stress correspond à un déséquilibre entre les défenses antioxydantes et les espèces prooxydantes cellulaires en faveur de ces dernières, et peut être d’origine mitochondriale. L’objectif de mon travail de thèse a été de déterminer les effets des AGEs dérivant de l’albumine (la protéine plasmatique la plus abondante) sur le fonctionnement des mitochondries de cellules endothéliales en culture, en parallèle à une analyse des mécanismes moléculaires impliqués dans le stress oxydant intracellulaire, et des fonctions endothéliales. L’étude mitochondriale s’est principalement axée sur la description des états respiratoires et a révélé des phénotypes associés aux AGEs, variant en fonction du modèle cellulaire endothélial et de la confluence. Par ailleurs, deux autres résultats phares issus de mes investigations correspondent à la mise en évidence de : 1) l’altération des propriétés antioxydantes de l’albumine, ainsi que l’acquisition d’un pouvoir pro-oxydant après glycoxydation ; 2) la contribution des mitochondries au stress oxydant, à travers une communication possible avec la NADPH oxydase, une enzyme produisant des anions superoxydes. Ce travail apporte ainsi un nouvel éclairage sur le déséquilibre redox observé chez les cellules endothéliales dans le cadre de la pathologie diabétique, en relation avec l’aspect mitochondrial. / The endothelium ensures the maintenance of vascular homeostasis. It is a fundamental regulator of vascular tone, coagulation, fibrinolysis, and inflammation. Its dysfunction mediates numerous pathologies, including, among others, diabetes vascular complications, particularly cardiovascular diseases, the major cause of mortality in diabetic patients.Oxidative stress related to advanced glycation end products (AGEs), whose formation is enhanced by hyperglycemia, represents the central element of endothelial dysfunction. This stress is defined as “an imbalance between oxidants and anti-oxidants in favor of the oxidants”, and can originate from mitochondria. The objective of my thesis was to determine the effects of AGEs derived from albumin (the most abundant protein in plasma) on mitochondria of cultured endothelial cells, in parallel to an analysis of the molecular mechanisms involved in intracellular oxidative stress, and endothelial functions.Mitochondrial exploration mainly focused on the description of the respiratory states and revealed AGEs-associated phenotypes, depending on endothelial cell model and cell confluence. Furthermore, two other key results from my investigations correspond to the highlighting of: 1) the alteration of albumin antioxidant properties, as well as the acquisition of a pro-oxidant capacity after glycoxidation processes; 2) the involvement of mitochondria in oxidative stress, through a potential communication with NADPH oxidase, an enzyme that produces superoxide anions.This work brings novel insights into the redox imbalance observed in endothelial cells during diabetes, in relation to the mitochondrial aspect.

Les vaisseaux sanguins sont composés de cellules enchâssées dans la matrice extracellulaire (MEC). Certaines interactions entre les cellules et les composés de la MEC sont impliquées dans plusieurs changements pathologiques et physiologiques au niveau de la paroi artérielle. L'hypertension systolo-diastolique provoque deux formes de remodelage vasculaire : hypertrophique dans les artères de conductance et eutrophique dans les artères de résistance. Les mécanismes régissant le remodelage eutrophique ne sont pas encore bien éclaircis. Afin de les étudier, nous avons utilisé un modèle d'hypertension systolodiastolique induite par l'inhibition de la synthèse de monoxyde d'azote. Nous avons démontré que la contribution des protéines de désadhésion semblait différer d'un type de remodelage à l'autre et que les métalloprotéinases matricielles (MMPs) ne jouaient pas un rôle crucial dans le développement du remodelage eutrophique, contrairement au remodelage hypertrophique. Au cours du vieillissement, on observe des modifications de la paroi vasculaire des artères de conductance, augmentant leur rigidité : une fragmentation des fibres élastiques, leur calcification (élastocalcinose), une augmentation des liens covalents entre les protéines de la MEC et une fibrose. Cette rigidité conduit au développement de l'hypertension systolique isolée. Afin d'évaluer l'implication des MMPs dans la fragmentation de l'élastine et leur rôle dans le développement de l'élastocalcinose, nous avons utilisé un modèle animal d'élastocalcinose basé sur l'inhibition de la maturation de la matrix Gla protein (MGP), une protéine anti-calcifiante, par la warfarine. Nous avons observé une augmentation rapide et transitoire de l'activité de la MMP-9, suivie de l'activation du transforming growth factor-ß (TGF-ß). L'inhibition de l'activité des métalloprotéinases et de TGF-ß a permis de prévenir l'élastocalcinose. Par ailleurs, l'élastocalcinose est accélérée par le diabète. Cette accélération est reliée à la durée et à la sévérité du diabète. Or, ce dernier est associé à une augmentation de la synthèse des produits avancés de glycation (AGEs) pouvant former des liens covalents iv entre les protéines de la MEC. Ne disposant pas de modèle animal pour étudier l'implication des AGEs dans l'élastocalcinose associée au diabète, nous en avons créé un. Dans ce modèle, le diabète est induit par une diète riche en lipides et une injection de streptozotocine (30 mg/kg/jr). L'élastocalcinose est provoquée par l'inhibition de la maturation de la MGP. Nous avons observé une accélération de l'élastocalcinose, liée à la durée du diabète, et une accumulation de AGEs dans la paroi des artères fémorales. L'utilisation de pyridoxamine, un inhibiteur de la formation des AGEs, et de l'ALT711, un briseur des liaisons covalentes formées par les AGEs, a permis de prévenir et de limiter, respectivement, la calcification dans ce modèle. En outre, nous avons montré que la stimulation du récepteur des AGEs (RAGE), pouvait être impliquée dans l'élastocalcinose et élucidé certains éléments de signalisation dans ce processus. Ces travaux ont fait émerger le rôle des MMPs, de TGF-ß et des produits avancés de glycation dans le remodelage hypertrophique et l'élastocalcinose associée ou non au diabète. Ceux-ci sont reliés à l'apparition de l'hypertension systolo-diastolique et systolique isolée, respectivement. L'inhibition de ces acteurs pourrait constituer de nouvelles thérapies anti-hypertensives.

Les produits de réaction de Maillard apportent des caractéristiques organoleptiques souhaitables aux aliments (couleur, odeur et le goût), contribuant ainsi à leur acceptabilité par le consommateur. Toutefois, plusieurs effets délétères physiopathologiques (vieillissement, diabètes) ont été attribués aux produits de glycation avancés (AGE). Le but de ce travail a concerné la détermination simultanée par LC-MS/ESI (Q-ToF) des carboxyméthyllysine (CML), pentosidine (Pen) et pyrraline (Pyr) dans des échantillons de lait chauffés ou non, après purification et concentration en phase solide (SPE) par échange d'ions. Les échantillons de lait en suite ont été soumis à une hydrolyse acide avec HCl à 37%, une précipitation des protéines avec un mélange méthanol/acétone et une digestion enzymatique des protéines pendant 30 heures à 37°C. Après l'étape d'extraction, les échantillons ont été concentrés/purifiés par SPE avec cartouches échangeuses d'ions puis analysés par LC-MS/ESI (Q-ToF). Les cartouches d'échange d'ions ont permis d'obtenir une excellente récupération des AGEs (89%, 95% et 117% pour la CML, Pen et Pyr, respectivement), valeurs bien plus élevées que celles qui ont pu être obtenues avec des cartouches de type C18. La concentration/purification par SPE est une étape qui mérite une attention particulière pour la détermination et quantification des AGEs. Parmi les AGEs analysés, seule la Pyr a pu être retrouvée dans des échantillons de lait et celà à des valeurs comprises 0,021 ng/mg de protéines (lait écrémé) et 8,367 ng/mg (lait stérilisé). / Maillard reaction products provide desirable organoleptic characteristics to foods (color, odor and taste), thus contributing to their acceptability by the consumer. However, several deleterious pathophysiological effects (aging, diabetes) have been attributed to advanced glycation products (AGEs). The aim of this work was to determine the simultaneous determination by LC-MS/ESI (Q-ToF) of carboxymethyllysine (CML), pentosidine (Pen) and pyrraline (Pyr) in milk samples heated or non-heated after purification and solid phase concentration (SPE) by ion exchange. Subsequent the milk samples were subjected to acid hydrolysis with 37% HCl, protein precipitation with a methanol / acetone mixture and enzymatic protein digestion for 30 hours at 37°C. Après l'étape d'extraction, les échantillons ont été concentrés/purifiés par SPE avec cartouches échangeuses d'ions puis analysés par LC-MS/ESI (Q-ToF). Ion exchange cartridges have resulted in excellent recovery of AGEs (89%, 95% and 117% for the CML, Pen and Pyr, respectively), much higher than those obtained with C18 cartridges. The concentration/purification by SPE is a step that deserves special attention for the determination and quantification of AGEs. Between the AGEs analyzed, only Pyr could be found in milk samples and the values were 0.021 ng/mg protein (skimmed milk) and 8.367 ng/mg (sterilized milk). / Os produtos da reação de Maillard fornecem propriedades organolépticas desejáveis para alimentos (cor, cheiro e sabor), contribuindo assim para a sua aceitação pelos consumidores. No entanto, vários efeitos deletérios fisiopatológicos (envelhecimento, diabetes) são atribuídos aos produtos da glicação avançada (AGEs). O objetivo deste trabalho foi à determinação simultânea por LC-MS/ESI (Q-ToF) de carboximetillisine (CML), a pentosidina (PEN) e pirralina (Pyr) em amostras de leite aquecido ou não, após purificação e concentração fase sólida (SPE) por troca iônica. As amostras de leite foram subsequentemente submetidas a uma hidrólise ácida com HCl a 37%, a uma precipitação da proteína com uma mistura de metanol/acetona e uma digestão enzimática durante 30 horas a 37°C. Após a etapa de extração, as amostras foram concentradas/purificado por SPE, com cartuchos de troca iônica e analisadas por LC-MS/ESI (Q-ToF). Os cartuchos de troca iônica permitiram obter uma excelente recuperação dos AGEs (89%, 95% e 117% para CML, Pen e Pyr, respectivamente), sendo valores bem mais elevados do que os que podem ser obtidos com cartuchos de C18. A concentração/purificação por SPE é um etapa que merece uma atenção especial para a determinação e quantificação de AGEs. Entre os AGEs analisados, apenas Pyr foi encontrado nas amostras de leite, sendo observado valores para Pyr entre 0,021 ng/mg de proteína (leite desnatado) e 8367 ng/mg (leite esterilizado).