De nombreuses études expérimentales ou épidémiologiques suggèrent un rôle psycho- et neuro- protecteur des estrogènes que les résultats de certains essais cliniques ne confirment p as. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle des estrogènes dans la dépression et le fonctionnement cognitif chez les femmes âgées en examinant les taux d'estrogènes sériques, l'exposition aux estrogènes au cours de la vie et l'impact des traitements hormonaux (TH) ou des récepteurs aux estrogènes. Les données sont issues de deux études longitudinales : le Melbourne Women's Midlife Health Project qui porte sur 438 Australiennes récemment postménopausées suivies 13 ans et l'étude des 3 Cités/ESPRIT qui inclut 5644 Françaises plus âgées suivies 7 ans. Des modèles statistiques multivariés montrent que des facteurs hormonaux endogènes et exogènes présents à une période tardive de la vie reproductive (autour de la ménopause) peuvent diminuer le risque de dépression et qu'une diminution des taux d'estradiol sérique augmente ce risque. L'arrêt du TH ou la prise de TH "non-naturel" augmentent le risque de dépression tardive. Certains polymorp hismes des récepteurs aux estrogènes sont associés au risque de dépression et peuvent interagir avec le TH pour modifier le risque de dépression ou de décès. Une durée plus longue d'exposition aux estrogènes au cours de la vie ou un taux d'estradiol sérique élevé en fin de ménopause sont associés à de meilleures performances cognitives qui peuvent aussi varier avec certaines caractéristiques du TH. Le TH réduit aussi le risque de démence chez les femmes portant l'allèle ε4 de l'apolipoprotéine E. Ce travail suggère que la modulation des niveaux d'estrogènes pourrait avoir des applications thérapeutiques dans le traitement de la dépression ou des troubles cognitifs. Il montre que certains groupes de femmes ont une susceptibilité génétique accrue aux variations hormonales ou aux effets du TH suggérant l'existence de sous-types hormono-sensibles. / Experimental evidence suggests that estrogen can have psycho- and neuro-protective effects; however this has not been consistently supported by certain clinical trials and epidemiological studies. This thesis aimed to provide a detailed investigation of the role of estrogen in later-life depression and cognitive functioning by examining serum estrogen levels, estrogen exposure across the lifetime, characteristics of hormone treatment (HT) and the role of estrogen receptor polymorphisms. Data was obtained from two longitudinal population-based studies, the 13-year Melbourne Women's Midlife Health Project of 438 middle-aged postmenopausal women in Australia, and the seven-year Three City/ESPRIT study of 5644 older French women. Multivariate adjusted regression models showed that endogenous and exogenous hormonal characteristics late in the reproductive life can decrease the risk of late-life depression and a decline in serum estradiol levels incr eased the risk for recently postmenopausal women. Discontinuing HT increased the risk of depression for older women, as did certain "non-natural" forms of HT. Estrogen receptor polymorphisms were associated with late-life depression and can interact with HT to modify the risk of depression and mortality. Endogenous reproductive factors linked to higher lifetime estrogen exposure and high levels of estradiol in the early postmenopause were associated with better performance on certain cognitive tasks. Cognitive function also varied according to the characteristics of HT and HT reduced the risk of dementia in genetically susceptible women carrying the apolioprotein ε4 allele. This work brings some important new findings to this field of research, suggesting that the modulation of estrogen levels may be used as a possible therapeutic tool to reduce neuropsychiatric disorders and that certain subgroups of women may be genetically more susceptible to hormone modifications or to the effects of HT.

Malgré de nombreuses études concernant le rôle des hormones sexuelles endogènes sur la mortalité chez les hommes, les résultats demeurent à ce jour contradictoires et pourraient dépendre des caractéristiques des sujets ainsi que des causes de décès. A partir de l’étude prospective de cohorte des Trois Cités réalisée en France, nous avons évalué le rôle de la testostérone et de l’estradiol endogènes sur le risque de mortalité après 12 ans de suivi chez les hommes de plus de 65 ans, en prenant en compte le contexte clinique et génétique des sujets ainsi que les causes spécifiques de décès. Tout d’abord, nous avons mis en évidence une interaction significative entre les concentrations de testostérone et la présence du syndrome métabolique (SM) sur la mortalité. Les taux bas d’hormone étaient associés à une augmentation du risque de mortalité chez les hommes présentant un SM alors qu’aucune relation entre la testostérone et le décès n’a été observée chez les sujets sains. De plus, nous avons montré que les taux élevés de testostérone étaient associés à un risque de mortalité cardiovasculaire mais ne modifieraient pas le risque de mortalité par cancers ou par autres causes chez les hommes sains. Enfin, nous avons mis en évidence une association quadratique entre les niveaux d’estrogène et le risque de mortalité toutes causes. Cette relation n’était pas modifiée par les polymorphismes génétiques des récepteurs aux estrogènes mais dépendait en revanche des causes de décès. Une relation quadratique plus marquée a été mise en évidence avec la mortalité cardiovasculaire alors qu’aucune association n’a été trouvée entre les niveaux d’estradiol et le risque de mortalité par cancers et par autres causes. En conclusion, ce travail a confirmé les liens complexes entre les hormones endogènes et le risque de mortalité chez les hommes et a permis de comprendre en partie la divergence des résultats de la littérature. Ces résultats pourraient permettre l’identification de sousgroupes à haut risque et d’améliorer la prise en charge clinique et thérapeutique des hommes au cours du vieillissement. / Despite a number of studies regarding the association of endogenous sex steroid hormones with mortality in men, the results remain controversial and could depend on the characteristics of the subjects and the cause of death. Using the data from the prospective ThreeCity cohort study set-up in France, we investigated the role of endogenous testosterone and estradiol on 12-year mortality in men over 65 years, taking into account the clinical and genetic background, as well as the cause-specific of death. Firstly, we found a significant interaction of testosterone with metabolic syndrome (MetS) on mortality. Low levels of testosterone were associated with an increased risk of mortality among men suffering from MetS while there was no association of hormone with death in healthy subjects. Then, we showed that high levels of testosterone increased the risk of death from cardiovascular disease but not from cancer or other cause in healthy men. Finally, we highlighted a quadratic association between endogenous estradiol and all-cause mortality. This relationship was not modified by genetic polymorphisms of estrogen receptors but could depend on the cause of death. A stronger quadratic association was found with cardiovascular disease mortality but estradiol did not influence the risk of cancer or other cause of mortality. In conclusion, this thesis confirmed the complex role of endogenous sex steroid hormones on mortality in men and allowed to better understand previous controversial results. If confirmed, these results could help identifying subgroups at high risk, improving the clinical and therapeutic management of men during aging.

Plusieurs éléments de la pathogenèse de la scoliose idiopathique de l’adolescent indiquent que les estrogènes pourraient intervenir dans le développement et la progression de cette maladie. Ce projet avait donc pour but d’explorer l’expression et la fonctionnalité des récepteurs aux estrogènes ERα et ERβ ainsi que leurs isoformes dans les ostéoblastes de patients scoliotiques et sains. L’induction des gènes de facteurs influençant la minéralisation et la différenciation des ostéoblastes par les estrogènes a également été étudié. Par immunofluorescence, nous avons remarqué une augmentation de la présence protéique de ERβ dans les ostéoblastes de patients SIA comparé aux sujets contrôles. Les récepteurs aux estrogènes provenant des ostéoblastes des patients sont fonctionnels tout comme ceux des contrôles et aucune différence dans l'interaction ADN-protéine n’a été observée. Il y a également une augmentation de l’expression génique de l’ostéopontine, l’ostéocalcine, le collagène de type I, la phosphatase alkaline et BMP2 dans les ostéoblastes des patients SIA. Un début de minéralisation in vitro a été observé dans les ostéoblastes de patients SIA et contrôles. ERα et ERβ sont présents et fonctionnels dans les ostéoblastes des patients SIA et sains. Leur expression est variable, mais ces variations existent chez les patients SIA et les contrôles. L’implication des estrogènes dans la SIA ne serait donc pas au niveau des récepteurs aux estrogènes mais au niveau de l’interactions des estrogènes avec d’autres facteurs étiologiques tels que la mélatonine, la formation/résorption osseuse ou autres facteurs neuro-endocriniens. / Recent developments in the research on pathogenesis of Adolescent Idiopathic Scoliosis indicate that estrogens could intervene in the development and progression of this disease. Therefore, this project focussed on the expression and functionality of estrogen receptors ERα and ERβ and their isoforms in osteoblasts of scoliotic patients and controls. The induction by estrogens of the expression of factors influencing mineralization and osteoblast differentiation was also studied. We observed by immunofluorescence, an increase of the presence of ERβ in osteoblasts of AIS patients compared to controls. A higher level of expression of osteopontin, osteocalcin, type I collagen, alkaline phosphatase and BMP2 was found in osteoblasts of AIS patients compared to controls. Estrogen receptors in osteoblasts from AIS patients are functional, as they were in controls and no difference in DNA-binding activity was observed. ERα et ERβ are present and functional in osteoblasts from AIS patients and controls. Their expression is variable, but these variations exist in both populations. The implication of estrogens in AIS would therefore be in the interaction between these hormones and other factors influencing the aetiology of AIS like melatonin, bone formation and resorption and neuro-endocrin factors, rather than in a default in the estrogens receptors themselves.

Le tamoxifène, un modulateur sélectif des récepteurs oestrogéniques, est un médicament largement utilisé depuis plus de vingt ans pour le traitement et la prévention du cancer du sein. Plusieurs études ont rapporté que l’administration aiguë du tamoxifène pouvait réduire certains courants K+ cardiaques. Cette observation suggère que les femmes traitées de façon chronique avec le tamoxifène risquent d’avoir une prolongation de leur intervalle QT, favorisant ainsi le développement de torsades de pointes. Puisque in vivo, le tamoxifène est largement métabolisé et son effet est attribué à celui du 4hydroxy-tamoxifène (4OH-tamoxifène), nous avons d'abord vérifié si les effets du tamoxifène sur la repolarisation pouvaient être dus au 4OH-tamoxifène. À l'aide de la méthode de patch-clamp, nous avons étudié l’effet aigu du 4OH-tamoxifène sur les courants K+ présents au niveau ventriculaire chez la souris femelle. En premier lieu, nous avons démontré que les souris traitées avec le 4OH-tamoxifène présentaient une diminution des courants K+ comparativement aux souris intactes. Fait intéressant, le prétraitement des myocytes avec l’antagoniste des récepteurs oestrogéniques, le ICI 182,780, ou l’inhibiteur de la synthèse protéique, l'actinomycine D, n’a pas modifié les effets du 4OH-tamoxifène. Ces résultats suggéraient que les effets du 4OH-tamoxifène sur les courants potassiques ne soient pas liés à la transcription génomique et n’implique pas les récepteurs aux œstrogènes. Bien que l’administration aiguë du 4OH-tamoxifène diminue les courants K+ cardiaques, l’absence de troubles au niveau du rythme cardiaque chez les femmes traitées à long terme exclu la possibilité de conclure que le traitement chronique avec le tamoxifène augmente la durée de l’intervalle QT. L'accès à des souris femelles et des cobayes nous a permis de démontrer que contrairement au traitement en aigu, les courants et les canaux K+ cardiaques sont augmentés en chronique. Les oestrogènes associés à une diminution des courants K+ d’une part et nos résultats obtenus avec le tamoxifène d’autre part suggèrent qu’en bloquant les récepteurs oestrogéniques, le tamoxifène puisse prévenir les effets inhibiteurs des oestrogènes sur les courants K+. Cette association œstrogènes- tamoxifène- récepteurs oestrogéniques et courants K+ nous a encouragées à approfondir encore nos études et vérifier l’influence des hormones sexuelles féminines sur la repolarisation ventriculaire. Une troisième étude a été ainsi réalisée chez des souris femelles ovariectomisées et des souris déficientes en récepteurs oestrogéniques α ou β afin de vérifier le rôle des oestrogènes et des récepteurs oestrogéniques sur la repolarisation ventriculaire. Nos résultats ont révélé clairement que l’absence des oestrogènes entraîne une augmentation de la densité du courant K+ transitoire indépendant du Ca2+ (Ito) et de l’expression du canal Kv4.3 et ces effets sont médiés par les REα. Ces données soutiennent davantage notre conclusion que l’inhibition des récepteurs oestrogéniques est responsable de l’augmentation des courants/canaux K+ et suggèrent fortement qu’ils jouent un rôle dans la régulation de la repolarisation ventriculaire. Elles soulignent aussi l'importance de vérifier le statut hormonal des animaux utilisés pour des études touchant l'électrophysiologie cardiaque. Dans la dernière partie de cette thèse nous avons vérifié les effets de la grossesse et du système nerveux autonome sur les différents paramètres électrocardiographiques et plus particulièrement sur le rythme cardiaque chez la souris. Nos données ont montré que, comme chez la femme enceinte, la grossesse est associée à une augmentation du rythme cardiaque. De plus, l'augmentation des niveaux des hormones féminines pourrait affecter l’automatisme et l’activité électrique cardiaque. Ces différentes études ont augmenté les connaissances sur la régulation hormonale de l'électrophysiologie cardiaque et aideront aux avancements des recherches chez les femmes. / Tamoxifen is a selective estrogen receptor modulator widely used in the treatment and prevention of breast cancer from more than 20 years. Other studies have reported that acute exposure to tamoxifen can reduce cardiac K+ currents. However, in vivo tamoxifen is largely metabolized and most of its activity is attributable to its major metabolite, 4- hydroxytamoxifen (4OH-tamoxifen). In our first study, we investigated the acute effects of 4OH-tamoxifen on cardiac K+ currents in mice. Using the patch-clamp technique, we found that, as with tamoxifen, short-term exposure to 4OH-tamoxifen reduced K+ currents in the mouse ventricle even in the presence of the selective oestrogen receptor antagonist, ICI-182,780, or the inhibitor of RNA synthesis, actinomycin D. These results suggest an inhibition independent of the intracellular oestrogen receptor and the protein synthesis. However, women receiving long-term tamoxifen therapy do not experience cardiac arrhythmias although acute perfusion of tamoxifen has been shown to inhibit cardiac K+ currents. This observation suggests that chronic tamoxifen treatment does not negatively modulate cardiac K+ currents. Therefore, in order to investigate the absence of cardiac arrhythmias in women, we examined the effects of long term tamoxifen therapy associated with low level of estrogen on ventricular K+ currents and channels expressed in mouse and guinea pig heart. Female mice and guinea pigs were treated with placebo or tamoxifen pellets for 60 days. Our results show an increase of the densities of K+ currents and the expression of their channels. Conditions with high oestrogen levels are associated with reduced K+ currents both in the heart and the uterus. Thus, conceivably, tamoxifen might prevent the inhibitory effects of oestrogen on K+ channels by blocking the oestrogen receptors, which would explain the reported increase in K+ currents. These findings could contribute to explain the absence of cardiac arrhythmia with long-term tamoxifen therapy. These association estrogen- tamoxifen and estrogen receptor lead us to study the influence of estrogens and estrogen receptors on ventricular repolarization. Accordingly, we assessed the involvement of estrogens and ER on K+ currents in mouse using ovariectomised (OVX), ER-knockout (ERKOα) or ERβ-knockout (ERKOβ) female mice. These experiments show that the absence of estrogen is associated with an increase of the density of the Ca2+-independent transient outward, Ito, the mRNA and protein expression of Kv4.3. These results vi obtained with ERKO mice suggest that estrogens regulate ventricular repolarization and ER mediates this effect. The last part of this thesis was to determine whether pregnancy elicits a change in the heart rate in mice and whether pregnancy-related changes are due to the cardiac conduction system rather than a change in autonomic tone. Our results revealed that pregnancy accelerates the resting heart rate and the AV node conduction time in the presence and absence of autonomic nervous system input suggesting an intrinsic mechanism. Moreover, Hormonal changes that occur during pregnancy are likely to be involved in these adaptations of the heart to pregnancy. These studies provide a new insight to understand the hormonal regulation of cardiac electrophysiology.

Plusieurs éléments de la pathogenèse de la scoliose idiopathique de l’adolescent indiquent que les estrogènes pourraient intervenir dans le développement et la progression de cette maladie. Ce projet avait donc pour but d’explorer l’expression et la fonctionnalité des récepteurs aux estrogènes ERα et ERβ ainsi que leurs isoformes dans les ostéoblastes de patients scoliotiques et sains. L’induction des gènes de facteurs influençant la minéralisation et la différenciation des ostéoblastes par les estrogènes a également été étudié. Par immunofluorescence, nous avons remarqué une augmentation de la présence protéique de ERβ dans les ostéoblastes de patients SIA comparé aux sujets contrôles. Les récepteurs aux estrogènes provenant des ostéoblastes des patients sont fonctionnels tout comme ceux des contrôles et aucune différence dans l'interaction ADN-protéine n’a été observée. Il y a également une augmentation de l’expression génique de l’ostéopontine, l’ostéocalcine, le collagène de type I, la phosphatase alkaline et BMP2 dans les ostéoblastes des patients SIA. Un début de minéralisation in vitro a été observé dans les ostéoblastes de patients SIA et contrôles. ERα et ERβ sont présents et fonctionnels dans les ostéoblastes des patients SIA et sains. Leur expression est variable, mais ces variations existent chez les patients SIA et les contrôles. L’implication des estrogènes dans la SIA ne serait donc pas au niveau des récepteurs aux estrogènes mais au niveau de l’interactions des estrogènes avec d’autres facteurs étiologiques tels que la mélatonine, la formation/résorption osseuse ou autres facteurs neuro-endocriniens. / Recent developments in the research on pathogenesis of Adolescent Idiopathic Scoliosis indicate that estrogens could intervene in the development and progression of this disease. Therefore, this project focussed on the expression and functionality of estrogen receptors ERα and ERβ and their isoforms in osteoblasts of scoliotic patients and controls. The induction by estrogens of the expression of factors influencing mineralization and osteoblast differentiation was also studied. We observed by immunofluorescence, an increase of the presence of ERβ in osteoblasts of AIS patients compared to controls. A higher level of expression of osteopontin, osteocalcin, type I collagen, alkaline phosphatase and BMP2 was found in osteoblasts of AIS patients compared to controls. Estrogen receptors in osteoblasts from AIS patients are functional, as they were in controls and no difference in DNA-binding activity was observed. ERα et ERβ are present and functional in osteoblasts from AIS patients and controls. Their expression is variable, but these variations exist in both populations. The implication of estrogens in AIS would therefore be in the interaction between these hormones and other factors influencing the aetiology of AIS like melatonin, bone formation and resorption and neuro-endocrin factors, rather than in a default in the estrogens receptors themselves.

Le tamoxifène, un modulateur sélectif des récepteurs oestrogéniques, est un médicament largement utilisé depuis plus de vingt ans pour le traitement et la prévention du cancer du sein. Plusieurs études ont rapporté que l’administration aiguë du tamoxifène pouvait réduire certains courants K+ cardiaques. Cette observation suggère que les femmes traitées de façon chronique avec le tamoxifène risquent d’avoir une prolongation de leur intervalle QT, favorisant ainsi le développement de torsades de pointes. Puisque in vivo, le tamoxifène est largement métabolisé et son effet est attribué à celui du 4hydroxy-tamoxifène (4OH-tamoxifène), nous avons d'abord vérifié si les effets du tamoxifène sur la repolarisation pouvaient être dus au 4OH-tamoxifène. À l'aide de la méthode de patch-clamp, nous avons étudié l’effet aigu du 4OH-tamoxifène sur les courants K+ présents au niveau ventriculaire chez la souris femelle. En premier lieu, nous avons démontré que les souris traitées avec le 4OH-tamoxifène présentaient une diminution des courants K+ comparativement aux souris intactes. Fait intéressant, le prétraitement des myocytes avec l’antagoniste des récepteurs oestrogéniques, le ICI 182,780, ou l’inhibiteur de la synthèse protéique, l'actinomycine D, n’a pas modifié les effets du 4OH-tamoxifène. Ces résultats suggéraient que les effets du 4OH-tamoxifène sur les courants potassiques ne soient pas liés à la transcription génomique et n’implique pas les récepteurs aux œstrogènes. Bien que l’administration aiguë du 4OH-tamoxifène diminue les courants K+ cardiaques, l’absence de troubles au niveau du rythme cardiaque chez les femmes traitées à long terme exclu la possibilité de conclure que le traitement chronique avec le tamoxifène augmente la durée de l’intervalle QT. L'accès à des souris femelles et des cobayes nous a permis de démontrer que contrairement au traitement en aigu, les courants et les canaux K+ cardiaques sont augmentés en chronique. Les oestrogènes associés à une diminution des courants K+ d’une part et nos résultats obtenus avec le tamoxifène d’autre part suggèrent qu’en bloquant les récepteurs oestrogéniques, le tamoxifène puisse prévenir les effets inhibiteurs des oestrogènes sur les courants K+. Cette association œstrogènes- tamoxifène- récepteurs oestrogéniques et courants K+ nous a encouragées à approfondir encore nos études et vérifier l’influence des hormones sexuelles féminines sur la repolarisation ventriculaire. Une troisième étude a été ainsi réalisée chez des souris femelles ovariectomisées et des souris déficientes en récepteurs oestrogéniques α ou β afin de vérifier le rôle des oestrogènes et des récepteurs oestrogéniques sur la repolarisation ventriculaire. Nos résultats ont révélé clairement que l’absence des oestrogènes entraîne une augmentation de la densité du courant K+ transitoire indépendant du Ca2+ (Ito) et de l’expression du canal Kv4.3 et ces effets sont médiés par les REα. Ces données soutiennent davantage notre conclusion que l’inhibition des récepteurs oestrogéniques est responsable de l’augmentation des courants/canaux K+ et suggèrent fortement qu’ils jouent un rôle dans la régulation de la repolarisation ventriculaire. Elles soulignent aussi l'importance de vérifier le statut hormonal des animaux utilisés pour des études touchant l'électrophysiologie cardiaque. Dans la dernière partie de cette thèse nous avons vérifié les effets de la grossesse et du système nerveux autonome sur les différents paramètres électrocardiographiques et plus particulièrement sur le rythme cardiaque chez la souris. Nos données ont montré que, comme chez la femme enceinte, la grossesse est associée à une augmentation du rythme cardiaque. De plus, l'augmentation des niveaux des hormones féminines pourrait affecter l’automatisme et l’activité électrique cardiaque. Ces différentes études ont augmenté les connaissances sur la régulation hormonale de l'électrophysiologie cardiaque et aideront aux avancements des recherches chez les femmes. / Tamoxifen is a selective estrogen receptor modulator widely used in the treatment and prevention of breast cancer from more than 20 years. Other studies have reported that acute exposure to tamoxifen can reduce cardiac K+ currents. However, in vivo tamoxifen is largely metabolized and most of its activity is attributable to its major metabolite, 4- hydroxytamoxifen (4OH-tamoxifen). In our first study, we investigated the acute effects of 4OH-tamoxifen on cardiac K+ currents in mice. Using the patch-clamp technique, we found that, as with tamoxifen, short-term exposure to 4OH-tamoxifen reduced K+ currents in the mouse ventricle even in the presence of the selective oestrogen receptor antagonist, ICI-182,780, or the inhibitor of RNA synthesis, actinomycin D. These results suggest an inhibition independent of the intracellular oestrogen receptor and the protein synthesis. However, women receiving long-term tamoxifen therapy do not experience cardiac arrhythmias although acute perfusion of tamoxifen has been shown to inhibit cardiac K+ currents. This observation suggests that chronic tamoxifen treatment does not negatively modulate cardiac K+ currents. Therefore, in order to investigate the absence of cardiac arrhythmias in women, we examined the effects of long term tamoxifen therapy associated with low level of estrogen on ventricular K+ currents and channels expressed in mouse and guinea pig heart. Female mice and guinea pigs were treated with placebo or tamoxifen pellets for 60 days. Our results show an increase of the densities of K+ currents and the expression of their channels. Conditions with high oestrogen levels are associated with reduced K+ currents both in the heart and the uterus. Thus, conceivably, tamoxifen might prevent the inhibitory effects of oestrogen on K+ channels by blocking the oestrogen receptors, which would explain the reported increase in K+ currents. These findings could contribute to explain the absence of cardiac arrhythmia with long-term tamoxifen therapy. These association estrogen- tamoxifen and estrogen receptor lead us to study the influence of estrogens and estrogen receptors on ventricular repolarization. Accordingly, we assessed the involvement of estrogens and ER on K+ currents in mouse using ovariectomised (OVX), ER-knockout (ERKOα) or ERβ-knockout (ERKOβ) female mice. These experiments show that the absence of estrogen is associated with an increase of the density of the Ca2+-independent transient outward, Ito, the mRNA and protein expression of Kv4.3. These results vi obtained with ERKO mice suggest that estrogens regulate ventricular repolarization and ER mediates this effect. The last part of this thesis was to determine whether pregnancy elicits a change in the heart rate in mice and whether pregnancy-related changes are due to the cardiac conduction system rather than a change in autonomic tone. Our results revealed that pregnancy accelerates the resting heart rate and the AV node conduction time in the presence and absence of autonomic nervous system input suggesting an intrinsic mechanism. Moreover, Hormonal changes that occur during pregnancy are likely to be involved in these adaptations of the heart to pregnancy. These studies provide a new insight to understand the hormonal regulation of cardiac electrophysiology.

L’imagerie moléculaire avec des biomarqueurs radiomarqués par des émetteurs de positons est couramment utilisée dans les cancers mammaires infiltrants pour la stadification initiale ou en cas de récidive, et également pour l’évaluation de la réponse tumorale en situation néoadjuvante et métastatique. Après quelques notions générales sur les cancers mammaires et le rôle alloué à l’imagerie moléculaire, les résultats des travaux axés sur l’imagerie moléculaire des cancers mammaires que j’ai encadrés et auxquels j’ai contribués au sein de l’équipe de Médecine Nucléaire de l’Institut Curie - Saint-Cloud sont présentés. Ces études ont évalué la valeur de la Tomographie par Emission de Positons au FluoroDesoxyGlucose (TEP-FDG) en cas de suspicion biologique de récidive, ou pour la stadification initiale et l’évaluation de la réponse tumorale à la Chimiothérapie NéoAdjuvante (CNA) des cancers mammaires inflammatoires. Notre équipe a également étudié la valeur pronostique de la réponse tumorale à l’hormonothérapie par la TEP-FDG, en situation métastatique. La problématique de l’évaluation précoce de la réponse tumorale à la CNA par l'imagerie moléculaire m’a amené à étudier un modèle murin transgénique de cancer mammaire avec d’autres biomarqueurs que le FDG, à savoir la FLuoroThymidine (FLT) et le pertechnetate. Des outils de quantification de la charge tumorale ont pu être développés et ont permis d’évaluer la réponse tumorale à des drogues cytotoxiques lors d’un suivi longitudinal, mais ce travail s’est heurté aux limites de l’imagerie préclinique. Les résultats des études cliniques sur l’évaluation précoce de la réponse tumorale à la CNA sont ensuite exposés, avec le FDG comme biomarqueur en insistant sur l’influence du phénotype moléculaire sur les paramètres définissant une réponse métabolique. L’état des connaissances et les perspectives avec d’autres biomarqueurs que le FDG, à savoir la FLT et le FluoroEStradiol (FES), pour étudier respectivement la prolifération cellulaire tumorale et la présence et la fonctionnalité des récepteurs aux estrogènes, puis l’imagerie en développement de l’Human Epidermal Growth Factor Receptor-2 (HER2), destinés à la fois à la sélection de patients candidats à des thérapies innovantes et à la prédiction et l’évaluation de la réponse tumorale aux thérapies sont discutées. / Molecular imaging with biomarkers radiolabeled by positron emitters is commonly used in invasive breast cancers for initial staging or restaging, and for assessment of tumor response in neoadjuvant and metastatic settings. After general concepts of breast cancers and of the place of molecular imaging, results of studies I supervised and to which I contributed within the nuclear medicine team from Curie Institute - Saint-Cloud focused on molecular imaging in breast cancers are presented. These studies assessed the value of Positron Emission Tomography using FluoroDeoxyGlucose (FDG-PET) in recurrence suspected on tumor marker rising and in staging and assessment of tumor response to neoadjuvant chemotherapy (NACT) in inflammatory breast cancers. Moreover our team has studied the prognostic value of tumor response to endocrine therapy by FDG-PET in metastatic breast cancers. The problem of early assessment of tumor response to NACT by molecular imaging has led me to study a transgenic mouse model with other biomarkers than FDG, namely FLuoroThymidine (FLT) and pertechnetate. Quantification tools of tumor burden have been developed and allowed assessment of tumor response to cytotoxic drugs during a longitudinal follow-up of this model, but several limitations of preclinical imaging were encountered. Results of clinical studies on early assessment of tumor response to NACT with FDG as a biomarker are exposed, with emphasis on the influence of the molecular subtype on parameters defining a metabolic response. State of the art and perspectives with FLT and FluoroEStradiol (FES), as biomarkers of proliferation and of estrogen receptors respectively, then imaging of Human Epidermal Growth Factor Receptor-2 (HER2), for both selection of patients to innovative therapies and prediction and assessment of tumor response to systemic therapies are discussed.

La barrière intestinale est la plus grande surface de contact entre le milieu extérieur et le milieu intérieur. Outre ses fonctions d'absorption des nutriments, elle exerce un rôle important de défense contre les agents indésirables (toxines, bactéries) contenus dans la lumière intestinale. Une augmentation de la perméabilité intestinale a été observée chez les patients atteints du syndrome de l'intestin irritable (SII) ou des maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Cette hyperperméabilité intestinale est contemporaine d'une hypersensibilité viscérale à la distension de la paroi intestinale. Des travaux récents rapportent également une augmentation de l'activité protéolytique du contenu intestinal dans le cadre de ces deux pathologies. Les estrogènes, par leurs propriétés anti-inflammatoires et leur capacité à moduler la perméabilité intestinale par activation de leurs récepteurs (REs) peuvent contribuer à l'amélioration des symptômes associés à ces pathologies digestives. Une variété de traitements médicaux a été utilisée pour la prise en charge thérapeutique du SII et de MICI. Cependant, les patients questionnent les cliniciens sur des conseils diététiques susceptibles d'améliorer leur qualité de vie. Ainsi, l'objectif de ce travail était d'évaluer les effets et les mécanismes d'action impliqués, d'un traitement par du germe de soja fermenté (SG) sur l'hyperalgésie viscérale et l'hyperperméabilité intestinale dans des modèles animaux mimant le SII et les MICI afin de proposer des futures allégations santé à ce produit. Le rationnel de l'évaluation de cet ingrédient était basé sur sa composition intéressante, à savoir, sa teneur en composés à propriétés estrogéniques (isoflavones) et sa capacité à inhiber les protéases (BBI). Dans un premier temps, nous avons montré qu'un traitement oral de 15 jours par le SG diminue de façon significative l'hypersensibilité viscérale, l'hyperperméabilité intestinale ainsi que l'augmentation de l'activité protéolytique induites par un stress de contrainte chez le rat. La diminution de la perméabilité intestinale implique une surexpression de l'occludine, protéine des jonctions serrées. De même, le traitement par du SG réduit la densité des mastocytes au niveau du côlon. Tous les effets préventifs du SG sauf ceux sur l'activité protéolytique sont estrogéno-dépendants car bloqués par l'antagoniste des REs. Dans un second temps, nous avons montré qu'un traitement préventif par le SG pendant 15 jours présente des effets protecteurs vis-à-vis d'une inflammation intestinale induite par du TNBS. Le SG atténue la sévérité de l'inflammation, l'hyperperméabilité, l'hypersensibilité et l'augmentation de l'activité protéolytique induites par la colite. Les effets anti-inflammatoires du SG sont à la fois dépendants des phytoestrogènes et du contenu de l'ingrédient en BBI. En conclusion, ces données sont prometteuses pour une future utilisation du SG dans la gestion thérapeutique du SII et des MICI comme traitement adjuvant / The intestinal barrier is the largest area of contact between the external environment and internal environment. In addition to its function of nutrient absorption, the intestinal barrier plays a key role of defense against noxious agents (toxins, bacteria) contained in the intestinal lumen. An increase in intestinal permeability was observed in patients with irritable bowel syndrome (IBS) or inflammatory bowel disease (IBD). This intestinal hyperpermeability was often associated with visceral hypersensitivity to colorectal distension. Recent studies also report an increase in the proteolytic activity in patients with IBS or IBD. Estrogens, through their anti-inflammatory properties and their ability to modulate intestinal permeability by activating estrogen receptors (ERs), can play an important role in these digestive diseases. A variety of medical therapies have been used for treatment of IBS and IBD. However, patients question clinicians about dietary suggestions to improve their symptoms and quality of life. Thus, the aim of this study was to evaluate the effects and mechanisms of action involved of a treatment with fermented soy germ (SG) on visceral hyperalgesia, intestinal hyperpermeability in animal models mimicking the IBS and IBD. The evaluation of this ingredient was based on its interesting composition, i.e its content of isoflavones and a family of serine protease inhibitors known as BBI. Initially, we demonstrated that an oral treatment of 15 days by SG significantly reduces visceral hypersensitivity, intestinal hyperpermeability and increased proteolytic activity induced by acute stress in the rat. Decreased intestinal permeability is due to overexpression of occludin, a transmembrane tight junction protein. Similarly, treatment with SG reduces the density of colonic mast cells. All preventive effects of SG except those on the proteolytic activity are estrogen-dependent because blocked by the antagonist of ERs. In a second step, we demonstrated that a treatment for 15 days with SG induces protective effects against intestinal inflammation induced by TNBS. SG reduces the severity of colitis, decreases TNBS-induced hyperpermeability, hypersensitivity and increased proteolytic activity. The anti-inflammatory effects of SG are estrogen and/or BBI dependent. In conclusion, these data are promising for future use of the SG as adjuvant therapy in IBS and IBD management

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La signalisation par l’estrogène a longtemps été considérée comme jouant un rôle critique dans le développement et la progression des cancers hormono-dépendants tel que le cancer du sein. Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur des estrogènes (ER) qui constitue un élément indiscutable dans cette pathologie. L’acquisition d’une résistance endocrinienne est cependant un obstacle majeur au traitement de cette forme de cancer. L’émergence de cancers hormono-indépendants peut est produite par l’activation de ER en absence d’estrogène, l’hypersensibilité du récepteur aux faibles concentrations plasmique d’estrogène ainsi que l’activation de ER par des modulateurs sélectifs. L’activité du ER est fortement influencée par l’environnement cellulaire tel que l’activation de voie de signalisation des facteurs de croissances, la disponibilité de protéines co-régulatrices et des séquences promotrices ciblées. Présentement, les études ont principalement considérées le rôle de ERα, cependant avec la découverte de ERβ, notre compréhension de la diversité des mécanismes potentiels impliquant des réponses ER-dépendantes s’est améliorée. L’activation des voies des kinases par les facteurs de croissance entraîne le développement d’un phénotype tumoral résistant aux traitements actuels. Nos connaissances des voies impliquées dans l’activation de ER sont restreintes. ERα est considéré comme le sous-type dominant et corrèle avec la plupart des facteurs de pronostic dans le cancer du sein. Le rôle de ERβ reste imprécis. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre l’implication de ERβ dans la prolifération cellulaire par l’étude du comportement de ERβ et ERα suite à l’activation des voies de signalisation par les facteurs de croissance. Nous démontrons que l’activation des récepteurs de surfaces de la famille ErbB, spécifiquement ErbB2/ErbB3, inhibe l’activité transcriptionnelle de ERβ, malgré la présence du coactivateur CBP, tout en activant ERα. De plus, l’inhibition de ERβ est attribuée à un résidu sérine (Ser-255) situé dans la région charnière, absente dans ERα. Des études supplémentaires de ErbB2/ErbB3 ont révélé qu’ils activent la voie PI3K/Akt ciblant à son tour la Ser-255. En effet, cette phosphorylation de ERβ par PI3K/Akt induit une augmentation de l’ubiquitination du récepteur qui promeut sa dégradation par le système ubiquitine-protéasome. Cette dégradation est spécifique pour ERβ. De façon intéressante, la dégradation par le protéasome requiert la présence du coactivateur CBP normalement requis pour l’activité transcriptionnelle des récepteurs nucléaires. Malgré le fait que l’activation de la voie PI3K/Akt corrèle avec une diminution de l’expression des gènes sous le contrôle de ERβ, on observe une augmentation de la prolifération des cellules cancéreuses. L’inhibition de la dégradation de ERβ réduit cette prolifération excessive causée par le traitement avec Hrgβ1, un ligand de ErbB3. Un nombre croissant d’évidences indique que les voies de signalisations des facteurs de croissance peuvent sélectivement réguler l’activité transcriptionnelle de sous-types de ER. De plus, le ratio ERα/ERβ dans les cancers du sein devient un outil de diagnostique populaire afin de déterminer la sévérité d’une tumeur. En conclusion, la caractérisation moléculaire du couplage entre la signalisation des facteurs de croissance et la fonction des ERs permettra le développement de nouveaux traitements afin de limiter l’apparition de cellules tumorales résistantes aux thérapies endocriniennes actuelles. / It has long been appreciated that estrogenic signaling plays a critical role in the development of hormone-dependent cancers such as breast cancer. Two-thirds of breast cancers express estrogen receptor (ER) which has been demonstrated to play an irrefutable role in tumour development and progression. However the acquisition of endocrine resistance has become a major obstacle in the treatment of hormone-dependent cancers that have acquired a hormone-independent state. Hormone-independent cancers emerge from an array of pathways involving ER activation in the absence of estrogen, hypersensitivity of ER to low serum levels of estrogen and activation by estrogen antagonists. The activity of ER is critically influenced by the cellular environment such as growth factor signaling pathways, availability of coregulatory proteins and the promoter sequence of target genes. The mechanisms studied have mostly considered the role of ERα, however with the discovery of the second subtype, ERβ, the understanding on the diversity of potential mechanisms involving ER-dependent responses have improved. Hormonal-independent activation of ER can occur in estrogen-dependent breast tumours, with concomitant rise in kinase signaling pathways, resulting in the acquisition of a therapeutic resistant phenotype in treated women. Our knowledge is relatively limited on which pathways trigger ER signaling and how these phosphorylation-coupled events affect ER activity. ERα is considered the dominant subtype and correlates with most of the prognostic factors in breast cancers. Conversely the role of ERβ remains unclear. The results presented in this thesis were carried out with the objective of gaining a better understanding of ERβ’s role in cellular proliferation by examining the behavior of ERβ and ERα during the activation of growth factor signaling pathways by cell-surface receptor-tyrosine kinases. We demonstrate here that the activation of cell surface receptors of the ErbB family, specifically ErbB2/ErbB3, inhibits the transcriptional activity of ERβ despite the presence of the coactivator CBP, yet activated ERα. Furthermore the inhibition of ERβ was attributed to a specific serine residue located within the hinge region, not present in ERα. Additional studies of ErbB2/ErbB3-initiated signaling revealed that it triggered the activation of the PI3K/Akt pathway which targeted the serine residue within the hinge region of ERβ. In fact, phosphorylation of ERβ by the PI3K/Akt pathway led to an increase in receptor ubiquitination which promoted its degradation by the ubiquitin-proteasome system which was subtype specific. Interestingly, proteasomal degradation required the presence of the coactivator CBP, which is normally involved in assisting nuclear receptor transcriptional activity. Although the activation of the PI3K/Akt pathway correlated with a decrease in the expression of ERβ target genes it led to an increase in the proliferation of breast cancer cells. Inhibiting the degradation of ERβ reduced the enhanced proliferation of breast cancer cells brought about by the treatment of ErbB3’s ligand, Hrgβ1. Increasing evidence indicates that growth factor signaling pathways can selectively regulate the transcriptional activity of ER subtypes, and the ratio of ERα/ERβ expression in breast tumours is becoming a popular prognostic factor to evaluate the severity of the tumour. Therefore the molecular characterization of the coupling between growth factor signaling and ER function should provide improved therapeutical approaches to overcome or delay the onset of resistance to endocrine therapy in hormone-dependent cancers.