En préservation-transplantation rénale, l’ischémie-reperfusion (IR) induit inflammation, fibrose, dysfonction et perte du greffon. Les événements d’IR sont de mieux en mieux identifiés, mais leurs complexité limite prédiction et thérapeutique. A partir d’une analyse bibliographique détaillée, nous proposons un modèle par agents de la réponse rénale aux lésions d’IR au niveau cellulaire/tissulaire, réalisé avec l'outil de modélisation NetLogo.Dans un premier temps, nous développons un modèle dynamique de l’oxygénation du cortex rénal, avec apport et diffusion de l’oxygène (O2), et consommation dépendant de la filtration. Nous adaptons ce modèle à l’état stationnaire pour l’O2, puis nous couplons les niveaux de PO2 à l'état énergétique (ATP) des cellules épithéliales et endothéliales (avec voies aérobie et anaérobie). Le statut de viabilité cellulaire est lié au niveau d'ATP, aboutissant à une représentation semi-phénoménologique de la réparation/survie vs apoptose/nécrose. Enfin, nous explorons le destin cellulaire et tissulaire lors d’IR simulées, avec l’ajout progressif d’éléments clefs de l’inflammation (invasion tissulaire par leucocytes, signaux lésionnels, phagocytose) et de la fibrose (fibroblastes, collagène). L’évolution du modèle vers la résolution de l’inflammation/régénération du tissu ou vers la fibrose tissulaire est observée selon les conditions imposées (durée/intensité, ischémie vs hypoxémie).Cette construction constitue le premier modèle des effets de l’oxygénation sur la dynamique cellulaire-tissulaire de l’inflammation-fibrose rénale en réponse à l’IR. A terme, elle permettra d'aborder clinique et thérapeutique de la conservation-transplantation rénale. / In renal preservation-transplantation, ischemia-reperfusion (IR) causes graft inflammation and fibrosis, dysfunction and loss. Events involved in IR injury grow identified, but their intricacy hampers prediction and therapeutics. Based on a detailed bibliographical analysis, we propose an Agent-Based Model of renal response to IR injury at cell and tissue levels, created with the modeling tool NetLogo.First, we develop and validate a dynamic model of the oxygenation of the renal cortex, featuring blood perfusion, oxygen diffusion, and oxygen consumption (driven by sodium filtered load and transport). We then adapt this model to oxygen steady-state, and PO2 level is coupled to energetic status (ATP) in epithelial and endothelial cells (aerobic and anaerobic pathways). Cell viability is coupled to ATP level, leading to a semi-phenomenological representation of repair/survival versus apoptosis/necrosis. Finally, we explore (and verify) cell and tissue fate during simulated IR sequences, with the gradual addition of key elements of inflammation (leukocytes infiltration, injury signals, phagocytosis) and fibrosis (fibroblasts, collagen). Model evolution toward the resolution of inflammation/tissue regeneration or toward tissue fibrosis is observed along imposed conditions (duration/intensity, ischemia vs hypoxemia). Results are compared to experiments from our laboratory.This construction is the first model of the effects of oxygenation on cell-tissue dynamics during renal inflammation-fibrosis response to IR. Ultimately, it will allow to address clinical and therapeutic aspects of renal transplantation and conservation.

Les lésions d’Ischémie/Reperfusion (I/R) contribuent à la physiopathologie de l’infarctus du myocarde. Le stress induit par l’I/R entraîne la mort des cardiomyocytes, une forte réponse inflammatoire de type stérile et la mise en place d’un processus de réparation impliquant les fibroblastes cardiaques. Il a précédemment été montré au laboratoire que l’activation du récepteur purinergique P2Y11 par l’ATP diminuait la sécrétion d’IL-6 et d’IL- 12 par la cellule dendritique (DC), permettant une diminution de la polarisation vers une réponse adaptative Th1. Nous avons donc émis l’hypothèse que la signalisation purinergique pouvait également moduler la mortalité des cardiomyocytes et l’activation des fibroblastes cardiaques après I/R, en diminuant la mise en place de réponses cellulaires délétères à long terme pour l’organe. L’objectif de cette thèse a été de déterminer in vitro le rôle de la signalisation purinergique sur la réponse des cardiomyocytes et des fibroblastes cardiaques à l’Hypoxie/Réoxygénation (H/R). Nous avons pu montrer que l’activation des récepteurs purinergiques au moment de la réoxygénation, en particulier du récepteur P2Y11, permettait de réduire la mortalité des cardiomyocytes après H/R. Nous avons ensuite montré que la stimulation de P2Y11 au moment de la réoxygénation diminue la prolifération des fibroblastes cardiaques et leur switch phénotypique en myofibroblastes, mais aussi diminue leur sécrétion de facteurs pro-inflammatoires. Le sécrétome des fibroblastes cardiaques a également induit une diminution de la sécrétion d’IL-6 et d’IL-12 par les DC, ainsi qu’une diminution de la mortalité des cardiomyocytes soumis à une H/R. Ces effets immunomodulateurs et cardioprotecteurs étaient dépendants de l’activation du récepteur P2Y11 sur les fibroblastes cardiaques. Ces résultats suggèrent fortement que le récepteur P2Y11 est au centre des réponses cellulaires post-H/R, et que le cibler in vivo à la reperfusion pourrait améliorer le pronostic clinique des patients atteints d’infarctus du myocarde. / Ischemia/Reperfusion injuries are involved in the pathophysiology of myocardial infarction. I/R-induced stress leads to massive cardiomyocyte death, an acute inflammatory response and the establishment of a repair process by cardiac fibroblasts. Previous work in the laboratory showed that P2Y11 purinergic receptor activation by ATP decreased IL-6 and IL-12 secretion by dendritic cells (DC), inducing a decrease in polarization towards Th1 response. We hypothesized that purinergic signaling could also modulate cardiomyocyte death and activation of cardiac fibroblasts responses to hypoxia/reoxygenation (H/R). We showed that the activation of purinergic receptors at the onset of reoxygenation, especially P2Y11 receptor, improved cardiomyocytes survival following H/R. We then showed that P2Y11 stimulation at the onset of reoxygenation decreased cardiac fibroblasts proliferation and their phenotypic switch into myofibroblasts, but also decreased their secretion of pro-inflammatory factors. Cardiac fibroblasts secretome reduced IL-6 and IL-12 secretion by DC, and cardiomyocyte mortality. These immunomodulatory and cardioprotective effects were dependent on P2Y11 receptor activation in cardiac fibroblasts. These results suggest that P2Y11 receptor is strongly involved in post- H/R cellular responses, and that targeting this receptor in vivo could improve the clinical prognosis of patients with myocardial infarction.

Introdução: O pâncreas é um órgão suscetível a lesões de isquemia-reperfusão (I/R). Estratégias terapêuticas para reduzir os danos produzidos pela I/R podem melhorar os resultados nos transplantes de pâncreas-rim. Apesar dos efeitos hemorreológicos da pentoxifilina, esta droga tem ação anti-inflamatória através da inibição da ativação de NF-kB e da produção de TNF-alfa. Foi demonstrado previamente que a pentoxifilina diminui a resposta inflamatória em modelos experimentais de pancreatite aguda e I/R hepática. Assim, a pentoxifilina pode contribuir na redução da lesão pancreática e da reposta inflamatória sistêmica em um modelo de I/R pancreática. Objetivo: Avaliar o efeito da administração de pentoxifilina em um modelo experimental de I/R pancreática em ratos. Métodos: A I/R pancreática foi realizada em sessenta ratos Wistar, por um período de uma hora através da oclusão da artéria esplênica. Os animais deste experimento foram divididos em três grupos: Grupo 1 (sham; realizado procedimento cirúrgico sem indução da I/R), grupo 2 (controle; realizado indução da I/R) que recebeu solução salina por via endovenosa e grupo 3 (pentoxifilina; realizado indução da I/R associado ao tratamento) que recebeu pentoxifilina (25mg/kg) por via endovenosa. Foram colhidas amostras de sangue para dosagem de amilase, creatinina, ureia, fator de necrose tumoral ? (TNF-alfa), interleucina-6 (IL-6) e interleucina-10 (IL-10). Os níveis de malondialdeído (MDA) pancreático, da mieloperoxidase (MPO) pulmonar e a histologia pancreática também foram avaliados. Resultados: A inibição do TNF-alfa pela pentoxifilina apresentou efeitos benéficos neste modelo experimental. O grupo de animais tratados com pentoxifilina apresentou níveis séricos significantemente menores de TNF-alfa, IL-6 e IL-10 em comparação ao grupo controle (p < 0,05). Não foram observadas diferenças significantes entre estes grupos em relação aos níveis de amilase, creatinina, ureia, MDA pancreático e MPO pulmonar. Entretanto, no grupo de animais tratados com pentoxifilina, o dano histológico pancreático foi menor em comparação ao grupo controle (p < 0,05). Conclusão: A administração de pentoxifilina reduziu a resposta inflamatória sistêmica e a lesão histológica pancreática / Introduction: The pancreas is an organ extremely susceptible to periods of ischemia. Therapeutic strategies to reduce the occurrence of pancreatic ischemiareperfusion (I/R) injury might improve outcomes in human pancreas and kidney transplantation. In addition to its haemorrheologic effects, pentoxifylline has an antiinflammatory effect by inhibiting NF-?B activation and TNF-alfa production. It has been previously demonstrated that pentoxifylline induces an anti-inflammatory response in acute pancreatitis and liver I/R models. This led to the hypothesis that pentoxifylline might reduce pancreatic lesion and the systemic inflammatory response in pancreatic I/R injury. Objective: The aim of this experimental study was to evaluate the effect of pentoxifylline administration in a rat model of pancreatic I/R injury. Methods: Pancreatic I/R was performed in sixty Wistar rats over one hour by clamping the splenic vessels. The animals of this study were divided into three groups: group 1 (sham, surgical procedure without pancreatic I/R induction), group 2 (control, I/R induction) received saline solution administered intravenously, and group 3 (pentoxifylline, I/R induction plus treatment) rats received pentoxifylline (25 mg/kg) administered intravenously. Blood samples were collected to enable the determination of amylase, creatinine, urea, tumour necrosis factor-? (TNF-alfa), interleukin-6 (IL-6) and interleukin-10 (IL-10). Pancreatic malondialdehyde (MDA) content, pulmonary myeloperoxidase (MPO) and pancreas histology were also assessed. Results: Inhibition of TNF-alfa by pentoxifylline shows beneficial effects in this experimental model. Significant reductions in serum TNF-?, IL-6 and IL-10 were observed in pentoxifylline group compared with control group (p < 0.05). No significant differences in serum amylase, creatinine, urea, pancreatic MDA or pulmonary MPO were observed between these two groups. However, the pancreatic histological damage was significantly lower in pentoxifylline treated group compared with control group (p < 0,05). Conclusion: Pentoxifylline administration reduced the systemic inflammatory response and the pancreatic histological lesion

Le zinc est un métal, membre des éléments trace dont le rôle protecteur contre l’ischémie-reperfusion myocardique a été suggéré. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le mécanisme par lequel le zinc procure cette protection. Nous avons utilisé des cultures cellulaires de cardiomyoblastes de rat, des cardiomyocytes isolés de rat, des mitochondries isolées ainsi qu’un modèle de cœur isolé perfusé de rat. Nous avons montré que l'administration de zinc au début de la reperfusion permet de diminuer la mort cellulaire sur un modèle d’ischémie-reperfusion simulée. Nous avons montré que l’administration de zinc entraine l’activation de la cascade des kinases de survie (PI-3K/Akt), l’inhibition de GSK-3β et celle de l’ouverture du pore de transition de perméabilité mitochondrial. Nous avons ensuite montré qu’en présence de zinc, l’activation d’Akt provenait d’une inhibition de certaines phosphatases et d’une activation du domaine tyrosine kinase du récepteur IGF-1. Nos derniers travaux ont eu pour but de préciser le rôle du zinc suite à l'activation des récepteurs à adénosine. / Zinc is a member of the family of the metal trace elements and its role in the protection against lethal reperfusion injury has been strongly suggested. The aim of the present work was to determine the molecular mechanisms involved in zinc cardioprotection. We have used cultured rat cardiomyoblasts, isolated rat cardiomyocytes, isolated mitochondria and isolated perfused rat heart. We demonstrated that zinc given at reperfusion, limits cell necrosis in a model of simulated ischemia-reperfusion. Administration of zinc results in activation of the reperfusion-injury salvage kinases pathway (PI-3K/Akt), inhibition of GSK-3β and of the opening of the mitochondrial permeability transition pore. We then showed that, in the presence of zinc, activation of Akt is mediated by the inhibition of various phosphatases and by activation of the tyrosine kinase domain of the IGF-1 receptor. Our latest experiments report the action of zinc following activation of adenosine receptors

Les maladies cardiovasculaires constituent un problème de santé publique. Les pré et postconditionnement ischémiques mais aussi pharmacologiques constituent autant d‘avancées qui permettront l‘amélioration de la prise en charge des malades en situation d‘ischémie/reperfusion myocardique. Néanmoins, la morbi-mortalité des maladies cardiovasculaires reste importante et nécessite le développement de nouvelles techniques. Les premiers résultats de la thérapie cellulaire myocardique ont été décevants, et s‘il est désormais établi que l‘on ne peut régénérer le myocarde, les effets bénéfiques observés, notamment avec les cellules souches mésenchymateuses semblent en rapport avec un effet paracrine qui passe par l‘activation de la voie de signalisation PI3kinase/Akt sur un mécanisme comparable à celui du postconditionnement ischémique. Les médiateurs de cet effet sont vraisemblablement des facteurs de croissance comme le VEGF ou l‘IGF-1 même si un effet individuel direct de l‘une ou l‘autre de ces molécules n‘a pu être mis en évidence. La modulation de l‘activité de l‘ATP synthase mitochondriale est également une cible thérapeutique prometteuse. Cette enzyme inverse son activité et hydrolyse l‘ATP durant l‘ischémie, conduisant à dépléter le pool d‘ATP intracellulaire et accélérer la survenue de la mort cellulaire. De nouvelles molécules ayant un effet similaire à l‘IF1 permettent de bloquer cette inversion d‘activité de l‘ATP synthase, de préserver l‘ATP et donc d‘améliorer la survie cellulaire par un effet de type préconditionnement ischémique. Ces 2 techniques, très différentes mais non antinomiques, pourraient faire partie de l‘arsenal thérapeutique dans les années à venir / Cardiovascular diseases are a major problem of public health management. Ischemic and pharmacological pre and postconditioning should significantly improve the prognosis of patients suffering from myocardial ischemia/reperfusion. However, the morbi-mortality of these patients is still high and research must remain active. The first results of myocardial stem cell therapy show that we cannot regenerate myocardium but a recent meta-analysis reported positive effects that can be explained through a paracrine mechanism. Mesenchymal stem cells protect ischemic cardiomyocytes from reperfusion injury through a paracrine activation of the PI3kinase/Akt pathway in a similar way to ischemic postconditioning. The mediators of this protection could be growth factors such as VEGF or IGF-1 though we couldn’t demonstrate a direct effect of one or the other. Modulating the activity of the ATP synthase during ischemia is another promising therapeutic target. This enzyme reverses its activity and hydrolyses ATP when the supply in oxygen is impaired. This leads to the reduction of the cellular pool of ATP and accelerates cell death. We identified new small molecules with a similar effect to IF1 that can selectively inhibit the reverse activity of the ATP synthase, preserve ATP and thus increase cell survival in a preconditioning-like effect. These two different techniques could be part of the therapeutic arsenal against ischemia/reperfusion in the next decades.

La reperméabilisation par thrombolyse, angioplastie ou chirurgie cardiaque des artères coronaires au décours d’un épisode d’ischémie myocardique est à l’origine d’une réduction spectaculaire de la morbi-mortalité de l’insuffisance coronaire aiguë. Elle est cependant la cause de lésions supplémentaires. La recherche de nouvelles approches cardioprotectrices complémentaires des méthodes de reperfusion actuelles est donc indispensable pour réduire les conséquences de l’ischémie myocardique. La découverte de puissants mécanismes cardioprotecteurs endogènes qui consistent en de brefs épisodes d’ischémie-reperfusion (IR) réalisés avant l’ischémie (pré-conditionnement ischémique, PCI) ou lors de la reperfusion (post-conditionnement ischémique) a permis de déterminer les mécanismes intervenant dans l’établissement des lésions d’IR. Le rôle prépondérant de la mitochondrie et l’augmentation de la perméabilité de ses membranes notamment via l’ouverture du pore de transition de perméabilité mitochondriale (mPTP) a pu être mis en évidence.Depré et al. (2001) ont décrit une stratégie cardioprotectrice novatrice : la surexpression de la protéine Hsp22 chez la souris protège le myocarde de l’infarctus et induit l’hypertrophie de ce dernier. Cette protéine est en effet capable d’activer des acteurs clés de la survie cellulaire notamment la voie des NO synthases qui est fortement impliquée dans le processus de PCI.Dans un premier temps, nous avons étudié les effets d’Hsp22 sur les fonctions mitochondriales et analysé le rôle du NO dans ces effets à l’aide d’un modèle murin sur-exprimant Hsp22 dans le myocarde. Nous avons montré qu’à l’état basal, la sur-expression d’Hsp22 augmente la production mitochondriale de NO, ce qui stimule la phosphorylation oxydative et s’accompagne de l’augmentation de la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) par le complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale. Cette sur-expression réduit également la capacité maximale des complexes I et III à produire des ERO et limite l’ouverture du mPTP. Après anoxie, la sur-expression d’ Hsp22 exacerbe la diminution de phosphorylation oxydative par un mécanisme dépendant du NO et réduit la surproduction d’ERO par la chaîne respiratoire. Ces caractéristiques sont semblables à celles conférées par le PCI. La protéine Hsp22 induit donc au niveau mitochondrial des modifications qui pourraient participer à son effet cardioprotecteur. Une étude sur un modèle d’IR in vivo a permis de confirmer qu’Hsp22 limite fortement la taille de l’infarctus et de montrer que cet effet est associé à une réduction de l’atteinte des fonctions mitochondriales après IR. Les ERO sont des médiateurs clés dans le PCI mais également dans le développement de l’hypertrophie myocardique et du vieillissement prématuré. Or, Hsp22 stimule la production d’ERO mitochondriales, induit une hypertrophie myocardique et un effet cardioprotecteur similaire au PCI. Nous avons donc étudié le rôle des ERO dans les effets induits par Hsp22. Nos résultats ont montré qu’Hsp22 active les principales sources d’ERO cellulaires dans le myocarde aboutissant à un stress oxydant. Cet effet est associé à une forte réduction de la durée de vie des animaux sur-exprimant Hsp22 et à l’apparition de marqueurs de vieillissement prématuré dans le myocarde. Un traitement antioxydant permet de réduire cette sur-production d’ERO ainsi que l’hypertrophie myocardique et de rétablir l’espérance de vie des animaux transgéniques. Enfin, l’effet cardioprotecteur induit par Hsp22 est maintenu avec l’âge et n’est pas dépendant des ERO.En conclusion, l’effet cardioprotecteur durable induit par Hsp22 est associé à une protection des fonctions mitochondriales NO dépendante mais s’accompagne d’un stress oxydant responsable de l’hypertrophie myocardique et de la réduction de la durée de vie. Un traitement antioxydant est capable d’inhiber les effets délétères induits pas Hsp22 sans affecter son effet cardioprotecteur. / Development of reperfusion strategies such as thrombolysis, angioplasty and cardiac surgery to restore blood flow after myocardial ischemia is responsible for a spectacular reduction in deleterious consequences resulting from acute coronary syndrome. However reperfusion itself causes supplementary lesions. Research for new complementary cardioprotective strategies is needed to reduce the impact of myocardial ischemia. The discovery of powerful intrinsic cardioprotective processes consisting in repeated short cycles of ischemia-reperfusion (IR) before the ischemic episode (ischemic preconditioning) or at the moment of the reperfusion (ischemic postconditioning) has allowed to analyze the mechanisms involved in IR lesions and highlighted a crucial role of mitochondria and more particularly of the increase in its membrane permeability via the opening of the mitochondrial permeability transition pore (mPTP). Dr C. Depré et al. (2001) demonstrated that the over-expression of Hsp22 protein coding gene which induced myocardial hypertrophy protected from myocardial infarction. The mechanism of this innovative cardioprotective strategy is not fully understood but Hsp22 promotes the activation of cellular survival pathways such as the NO synthase pathway which is also involved in ischemic preconditioning (Depré et al., 2006).The goal of the first part of our study was to evaluate the effects of Hsp22 on mitochondrial functions and the role of NO in these effects using a transgenic mouse model overexpressing Hsp22 in the heart. Our results showed that Hsp22 overexpression increases mitochondrial NO production which stimulated oxidative phosphorylation in basal state. This was accompanied by an increased in reactive oxygen species (ROS) production by mitochondrial respiratory chain complex I. This overexpression also reduced the maximal capability of complex I and III to produce ROS production and limited mPTP opening. After anoxia, Hsp22 overexpression increaseed oxidative phosphorylation inhibition by a NO-dependent mechanism and limited the burst of ROS production from the respiratory chain.. Thus, Hsp22 modulates mitochondrial functions and this could participate to its cardioprotective effect as these characteristics replicate those of ischemic preconditioning. In the next step, we confirmed that Hsp22 overexpression highly reduced infarct size in an in vivo model of IR and showed that this was associated with a better preservation of mitochondrial functions.As ROS are key mediators of preconditioning but also of myocardial hypertrophy and aging and Hsp22 stimulates mitochondrial ROS production, induces a myocardial hypertrophy and a cardioprotective effect replicating preconditioning, we explored the role of ROS in Hsp22-induced effects in the last part of the study. Our results showed that Hsp22 overexpression activated major cellular sources of ROS leading to myocardial oxidative stress. This was associated with an extensive reduction of lifespan and the appearance of aging markers in the myocardium of young transgenic mice. Antioxidant treatment reduced the overproduction of ROS induced by Hsp22, decreased myocardial hypertrophy and restored lifespan in Hsp22 overexpressing mice showing the role of ROS in these effects. Finally, the cardioprotective effect induced by Hsp22 was maintained in old mice and was not dependent of ROS production. In conclusion, long-lasting cardioprotective effect induced by Hsp22 is associated with a NO-dependent preservation of mitochondrial functions and an oxidative stress responsible for myocardial hypertrophy and reduced lifespan. Antioxidant treatment is able to inhibit deleterious consequences of Hsp22 overexpression without affecting its cardioprotective effect.

L’infarctus du myocarde est une des premières causes de décès dans le monde. Sa prise en charge repose sur une reperfusion précoce. De façon paradoxale, la reperfusion induit des lésions délétères qui participent à la nécrose de l’organe. Parmi les stratégies de cardioprotection qui visent à limiter la formation de ces lésions, il a été décrit que l’utilisation d’anticoagulants au moment de la reperfusion avait un effet bénéfique sur la taille finale d’infarctus chez l’animal. La cardioprotection induite par ces molécules serait liée à la modulation des phénomènes thrombo-inflammatoires impliqués dans la formation des lésions de reperfusion. Nous nous sommes intéressés à deux anticoagulants inhibant le facteur X activé, le fondaparinux et le rivaroxaban, à l’aide d’un modèle d’ischémie-reperfusion (IR) myocardique chez le rat et de modèles cellulaires d’hypoxie-réoxygénation. Nos résultats montrent que ces deux molécules ont un effet cardioprotecteur à la phase aigue de la reperfusion via des mécanismes différents. La cardioprotection induite par le fondaparinux n’est pas liée à un effet anti-inflammatoire. En revanche, cet anticoagulant induit une modulation du phénotype endothélial au cours de l’IR avec l’augmentation de l’expression de deux molécules cytoprotectrices, la thrombomoduline et le récepteur endothélial de la protéine C. Concernant le rivaroxaban, son effet bénéfique serait lié à un effet cytoprotecteur au niveau des cardiomyocytes. Cette étude confirme l’intérêt des anticoagulants dans la cardioprotection et précise les cibles cellulaires impliquées, ouvrant des perspectives intéressantes concernant l’inhibition de la coagulation au cours de l’IR. / Myocardial infarction is a leading cause of death worldwide. Prompt reperfusion therapy is essential to limit the infarct size. Paradoxically, reperfusion itself can induce deleterious lesions contributing to necrosis, called reperfusion injuries. Among cardioprotective strategies aiming to reduce the formation of these lesions, the use of anticoagulants during reperfusion has been proven to be effective in animals. Anticoagulants-induced cardioprotection would be related to the modulation of thrombo-inflammatory phenomenoms involved in the formation of reperfusion injuries. We studied two anticoagulants inhibiting activated factor X, fondaparinux and rivaroxaban, in a myocardial ischemia-reperfusion (IR) model in rat and in cellular models of hypoxia-reoxygenation. Our results showed that these two anticoagulants were cardioprotective at early-stage reperfusion via distinct mechanisms. Fondaparinux protective effet was not associated with anti-inflammatory properties. However, this anticoagulant increased the expression of two cytoprotective endothelial molecules, thrombomodulin and endothelial protein C receptor. Rivaroxaban beneficial effect was related to cytoprotective effect on cardiomyocytes. This study confirms the of use anticoagulants as a relevant cardioprotective strategy and specifies the cellular targets involved, opening new perspectives regarding the inhibition of coagulation in the setting of IR.

Innate immune and inflammatory responses contribute to myocardial and cerebral ischemia/reperfusion (I/R) injury. Toll-like receptors (TLRs) play a critical role in the induction of innate immune and inflammatory responses via activation of nuclear factor kappa B (NF-κB). We have shown that activation of NF-κB contributes to myocardial and cerebral I/R injury. Indeed, inhibition of TLR4-mediated NF-κB activation significantly decreased myocardial and cerebral I/R injury via activation of PI3K/Akt signaling. PI3K/Akt signaling is an important pathway in regulating cellular survival and inflammatory responses. Therefore, an important question is how to differentially modulate PI3K/Akt signaling and TLR/NF-κB-mediated signaling pathway during I/R injury? We demonstrated that pretreatment of mice with Pam3CSK4, a specific TLR2 ligand, significantly decreased cerebral I/R injury and improved neuronal functional recovery. Importantly, therapeutic administration of Pam3CSK4 also markedly decreased cerebral I/R injury. The mechanisms involved suppression of NF-κB binding activity and activation of PI3K/Akt signaling. We also demonstrated that CpG-ODN, a specific TLR9 ligand, induced protection against cerebral I/R injury via activation of PI3K/Akt signaling. Our findings were consistent with our previous reports showing that administration of Pam3CSK4 or CpG-ODN protected against myocardial I/R injury via a PI3K/Akt-dependent mechanism. In addition, we demonstrated for the first time that TLR3 located in endosomes played a deleterious role in myocardial I/R injury via activation of NF-κB. To investigate how to activate PI3K/Akt signaling during I/R injury, we examined the role of microRNA (miRs) in regulating PI3K/Akt signaling during myocardial ischemic injury. We discovered that Pam3CSK4 or CpG-ODN treatment significantly increased the expression of miR-130a in the myocardium, while myocardial infarction markedly decreased the levels of miR-130a in the myocardium. The data indicated that miR-130a served a protective role in myocardial ischemic injury. Indeed, we demonstrated for the first time that increased expression of miR-130a significantly attenuated cardiac dysfunction and promoted angiogenesis after myocardial infarction. The mechanisms involved activation of PI3K/Akt signaling via targeting PTEN expression by microRNA-130a. This dissertation discovers novel mechanisms of cerebral and myocardial ischemic injury and provides solid basis for developing new approaches for the treatment and management of stroke and heart attack patients.

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.

Le récepteur CD36 est impliqué dans le transport des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Les dommages tissulaires et la dysfonction cardiaque observés après une ischémie-reperfusion (I/R) du myocarde sont en partie liés à l’internalisation et au métabolisme oxydatif accrus des AGNE dont la concentration sanguine augmente transitoirement après un infarctus du myocarde, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36. Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur contre les dommages induits par une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de vérifier l’effet cardioprotecteur du EP 80317 et 2) de définir son mécanisme, plus précisément de documenter l’effet du traitement sur le métabolisme lipidique. À cette fin, des souris de type sauvage ont été traitées par le EP 80317 (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. Le cœur et les tissus périphériques (foie, muscle squelettique et dépôts adipeux) ont été prélevés pour déterminer le profil de certains gènes impliqués dans la régulation du métabolisme lipidique. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le EP 80317 est associé à une augmentation transitoire du stockage des triglycérides et d’une réduction des AGNE circulants. / The CD36 receptor is involved in the transport of non-esterified fatty acids (NEFA) in cardiac and peripheral tissues. Tissue injury and cardiac dysfunction are in part due to acute internalization and oxidative metabolism of NEFA which concentration rises transiently in the blood following myocardial infarction, in opposition to what is observed in CD36-deficient mice. We hypothesized that EP 80317, a synthetic ligand of the CD36 receptor, provides cardioprotective effect against injuries induced by transient myocardial ischemia. Our objectives were 1) to verify the cardioprotective effect of EP 80317 and 2) to define its mechanism, more precisely to investigate the mechanisms of the treatment on lipid metabolism. For this purpose, wild-type mice were treated with EP 80317 (289 nmol/kg) subcutaneously for 14 days before being submitted to 30 minutes of ischemia following left anterior descending coronary artery ligature and reperfusion for a period of 6 or 48 hours. Heart and peripheral tissues (liver, skeletal muscle and adipose tissue) were harvested to determine the profile of selected genes involved in the regulation of lipid metabolism. Our work has shown that the cardioprotective effect of a pretreatment with EP 80317 is associated with a transient increase of triglycerides storage and reduced circulating NEFA.