L’Hypertension Pulmonaire Post-Embolique (HPPE) est une maladie rare et grave résultant d'une obstruction mécanique progressive des artères pulmonaires provoquant une augmentation progressive de la PAPm (>25 mmHg). Cette pathologie a un traitement chirurgical, l’endartériectomie pulmonaire. Bien que cette maladie ait un traitement, les mécanismes qui impliquent la formation et la persistance de thrombus conduisant à un remodelage vasculaire fibreux, restent à ce jour inconnus. La pathogénèse de l’HPPE présente de grandes similitudes avec celles de l’HTAPi.Ce travail a pu mettre en évidence le phénotype anomal de la cellule endothéliale provenant de séquestres de patients ayant une HPPE ainsi que les anomalies moléculaires à l’origine de cette dysfonction. Plusieurs anomalies moléculaires sont à l’origine de ces perturbations fonctionnelles dont notamment une production et une libération anormale d’ICAM-1 et de FGF-2. Ce travail montre le rôle clé de la protéine ICAM-1 grâce à une boucle autocrine qui va maintenir cette dysfonction ainsi que l'association du génotype KE à la maladie (polymorphisme SNP Exon 6 E469K). Ce travail montre également le rôle essentiel que joue la protéine FGF-2 et le recrutement de progéniteurs endothéliaux dans la néo-vascularisation observée dans les thrombus de patients souffrant d’HPPE. / Chronic ThromboEmbolic Pulmonary Hypertension (CTEPH) is a rare and serious disease resulting from progressive mechanical obstruction of the pulmonary arteries causing a gradual increase in the mPAP (> 25 mmHg). This pathology has a surgical treatment: Pulmonary Endarterectomy. Mechanisms that involve the formation and persistence of thrombus leading to a fibrous vascular remodeling remain unknown. The pathogenesis of CTEPH is very similar to idiopathic PAH.This work has been able to demonstrate the abnormal phenotype of endothelial cells taken from thrombus of CTEPH and molecular anomalies in the origin of this dysfunction. Several molecular abnormalities are the cause of these functional disturbances including production and abnormal release of ICAM-1 and FGF-2. This work shows the key role of ICAM-1 protein through an autocrine loop maintains this dysfunction and the association of genotype KE disease (SNP Exon 6 E469K).This work also showed the important role of FGF-2 protein and the recruitment of endothelial progenitor cells in neovascularization observed in thrombus of CTEPH patients.

L’AMPc est un second messager exerçant un rôle vasculoprotecteur majeur, par ses effets relaxants et inhibiteurs de la prolifération et de la migration cellulaires. Les concentrations intracellulaires d’AMPc sont finement régulées par leur synthèse via les adénylates cyclases et leur dégradation par les phosphodiestérases (PDEs). Nous avons évalué l’impact de l’environnement cellulaire sur la voie de signalisation couplée au récepteur β-adrénergique (β-AR/AMPc/PDE) dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs), ainsi que les altérations potentielles de celle-ci en situation pathologique d’insuffisance cardiaque (IC).Notre première étude montre que dans les CMLs d’aorte de rat en culture, adoptant un phénotype synthétique, la voie de signalisation β-AR/AMPc/PDE est hautement modulée par la densité cellulaire Ainsi, une faible densité cellulaire est associée à une régulation négative de l’expression fonctionnelle du récepteur β1-AR, à une activité hydrolytique des PDEs-AMPc plus faible et à des concentrations d’AMPc intracellulaire plus élevées que celles observées dans des cellules confluentes.Notre deuxième étude montre que dans l’aorte de rat, l’IC est associée à une dysfonction endothéliale (DE), une hyperréactivité aux agents contractants et une altération de la fonction et de l’expression des PDEs-AMPc. Nos résultats suggèrent que l’altération de la voie du NO/GMPc suite à la DE conduit à une hyper-activation de la PDE3, qui masque la fonction de la PDE4 et altère la relaxation β-AR.L’ensemble de ce travail met en évidence le rôle critique de l'environnement cellulaire dans le contrôle de la voie β-AR/AMPc/PDE des CMLVsMots clés : Muscle lisse vasculaire, récepteur β-adrénergique, AMPc, phosphodiestérases, densité cellulaire, insuffisance cardiaque / CAMP is second messenger which plays a prominent vasculoprotective role by its relaxing effects and inhibition of cell proliferation and migration. Intracellular cAMP level is regulated by its synthesis by adenylate cyclase and its degradation by phosphodiesterases (PDEs). We evaluated the influence of cellular environment on signaling pathway coupled to β-adrenoceptors (β-AR/cAMP/PDE) on vascular smooth muscle cells (VSMCs), as well as potential alterations in heart failure (HF).The first study showed that in cultured rat aortic SMCs exhibiting synthetic phenotype, the β-AR/cAMP/PDE signaling pathway is highly modulated by the cellular density.Thus, the low density state being associated to a downregulation of the β1-AR, a lower cAMP-PDE activity and a higher basal [cAMP]i compared to confluent cells.Our second study showed that in rat aorta, HF is associated with endothelial dysfunction, hyper-reactivity to contractile agents and an alteration of function and expression of cAMP-PDEs. Our results suggest that NO/cGMP pathway alteration following the ED in HF leads to hyper-activation of PDE3 which masks PDE4 function and alters β-adrenoceptor relaxationThus, our works highlights the critical role of the cellular environment in controlling the vascular β-AR signaling.Keywords: Vascular smooth muscle, β-adrenoceptor, cAMP, phosphodiesterases, cellular density, heart failure.

L’Hypertensions Artérielle Pulmonaire (HTAP) résulte de l’obstruction progressive des artères pulmonaires de petits calibres due à un remodelage de la paroi vasculaire ainsi qu’à une vasoconstriction. Cette thèse repose sur 3 piliers de la physiopathologie de l’HTAP : l’inflammation, l’épigénétique et la susceptibilité génétique de la maladie.Le premier projet démontre que les cellules dendritiques des patients atteints d’HTAP sont moins sensibles à l’action immunomodulatrice des glucocorticoïdes et orientent la réponse des lymphocytes T vers une réponse Th17, souvent impliquée dans les maladies autoimmunes.Le second projet a pour but de comparer le profil de méthylation des cellules endothéliales d’artères pulmonaires (CE-AP) de patients atteints d’HTAP comparé aux CE-AP de patients contrôles. Nous avons mis en évidence des clusters de gènes ayant un profil de méthylation différents entre les CE-HTAP comparé aux CE-CTR. Un gène différentiellement méthylé s’est dégagé durant l’étude bioinformatique : ABCA1 (ATP binding cassette 1). L’altération de son expression prédite par l’étude bioinformatique a été validée chez l’homme et le modèle de rat monocrotaline.Enfin, le dernier projet décrit la caractérisation d’un nouveau modèle animal de susceptibilité génétique à l’HTAP liée à des mutations dans le gène Bmpr2 chez le rat, au niveau hémodynamique, histologique, vasculaire, moléculaire et électrophysiologique. Nous avons démontré que ce modèle reproduit des schémas physiopathologiques pertinents vis-à-vis de la maladie humaine, ces résultats font de ce modèle un nouveau outil d’étude de la physiopathologie de l’HTAP. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is characterized by a progressive pulmonary arterial obstruction due to pulmonary vascular remodeling of distal arterioles as well as abnormal vasoconstriction. This project allowed to study three biological process clearly establish to be implicated in physiopathology of PAH.The first project demonstrated a dendritic cells dysfunction and a Th17 immune polarization of idiopathic PAH patients.The objective of the second project was to study the epigenetic variations in pulmonary endothelial cells (PEC) through a specific pattern of DNA methylation. We identified clusters of probes that discriminates controls and PAH patients. During bioinformatics study, ABCA1 (ATP binding cassette 1) gene was emphasized. Alteration of ABCA1 expression predicted during bioinformatics study has been validated in human and in monocrotaline rat model.The last project described the validation of a new PAH model by a hemodynamic, histological, vascular, molecular and electrophysiological characterization of heterozygous rat mutated to Bmpr2 gene. Whole functional and molecular dysregulation define this animal model like a useful tool in the study of BMPRII signaling alteration in PAH physiopathology.

The master’s thesis deals with the computational modelling of the mechanical testing of isolated smooth muscle cells. The main aims are to create computational model of a cell, to simulate single-axis tensile test and to modify the model so that the model reflects real mechanical response. The model of the cell includes cytoplasm, nucleus, cell membrane and cytoskeleton which is modelled as a tensegrite structure. On this model the tensile test was simulated in case of the cell with cytoskeleton and the cell with distributed the cytoskeleton. Force-elongation curves, which were obtained from this simulation, were compared with experimental data which were taken from literature. Tensile properties were measured on freshly isolated cells from rat thoracic aorta, cultured cells, and cells treated with cytochalasin D to disrupt their actin filaments. It was found that the cytoskeleton influence on the cell load in computational model was smaller than in the real cell. Therefore the model was modified by changing material propreties and geometry so that the model of the cell corresponded with the different types of experimentally measured cells.

AIMS: Macrophages (MPs) and vascular smooth muscle cells (VSMCs) closely interact within the growing atherosclerotic plaque. An in vitro co-culture model was established to study how MPs modulate VSMC behaviour. METHODS AND RESULTS: MPs were exposed to fluorescence-labelled-acetylated LDL (FL-acLDL) prior to co-culture with VSMCs. Fluorescence microscopy visualized first transport of FL-acLDL within 6 h after co-culture implementation. When MPs had been fed with FL-acLDL in complex with fluorescence-labelled cholesterol (FL-Chol), these complexes were also transferred during co-culture and resulted in cholesterol positive lipid droplet formation in VSMCs. When infected with a virus coding for a fusion protein of Rab5a and fluorescent protein reporter (FP) to mark early endosomes, no co-localization between Rab5a-FP and the transported FL-acLDL within VSMCs was detected implying a mechanism independent of phagocytosis. Next, expression of lysosome-associated membrane glycoprotein 1 (LAMP1)-FP, marking all lysosomes in VSMCs, revealed that the FL-acLDL was located in non-acidic lysosomes. MPs infected with virus encoding for LAMP1-FP prior to co-culture demonstrated that intact fluorescence-marked lysosomes were transported into the VSMC, instead. Xenogenic cell composition (rat VSMC, human MP) and subsequent quantitative RT-PCR with rat-specific primers rendered induction of genes typical for MPs and down-regulation of the cholesterol sensitive HMG-CoA reductase. CONCLUSION: Our results demonstrate that acLDL/cholesterol-loaded lysosomes are transported from MPs into VSMCs in vitro. Lysosomal transfer results in a phenotypic alteration of the VSMC towards a foam cell-like cell. This way VSMCs may lose their plaque stabilizing properties and rather contribute to plaque destabilization and rupture.

Aims: To study the β-adrenoceptor subtypes involved in the relaxation responses to (-)-isoprenaline in carbachol-pre-contracted (CCh) mouse detrusor muscle with intact and denuded mucosa. Methods: Isolated muscle strips from the urinary bladder of male C57BL6 mice or β2-adrenoceptor knockout mice were pre-contracted with CCh, 1 µM and relaxed with increasing concentrations of the β-adrenoceptor (β-AR) agonist (-)-isoprenaline and forskolin. For estimating the β-AR subtypes involved, subtype-selective receptor blockers were used, that is, CGP 20712A (β1-ARs), ICI 118,551 (β2-ARs), and L748,337 (β3-ARs). Results: Unlike in KCl-pre-contracted muscle, the mucosa did not affect the sensitivity of the relaxation response to (-)-isoprenaline in CCh-pre-contracted murine detrusor strips. Increasing concentrations of (-)-isoprenaline produced a biphasic concentration-relaxation response without any difference both during the presence and absence of mucosa. The relaxation fraction produced by low (-)-isoprenaline concentrations was mediated by β2-AR as evidenced by a shift of the concentration-response curve to higher concentrations with ICI 118,551, but not with CGP 20712A and L748,337, and by the absence of this fraction in β2-AR-KO mice. The relaxation response with low sensitivity to (-)-isoprenaline was not affected by any of the β-AR subtype-selective blockers and was the only response detected in detrusor strips from β2-AR-KO mice. Conclusions: In CCh-pre-contracted mouse detrusor, β2-ARs are responsible for the relaxation component with high sensitivity to (-)-isoprenaline as indicated by the conversion of a biphasic into a monophasic CRC with ICI 118,551 or by its absence in β2-AR KO mice. The mucosa does not impair relaxation under these conditions. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Une augmentation de la concentration de l’angiotensine II (Ang II) contribue à la prolifération, la migration et l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) par l’activation des voies des mitogen-activated protein kinases (MAPK) et de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/protéine kinase B (PKB/Akt). L’Ang II induit l’activation du facteur de transcription early growth response protein-1 (Egr-1) et sa suractivation est remarquée dans les lésions athérosclérotiques et les modèles animaux de lésions vasculaires. La régulation des facteurs de transcription est effectuée par des histones désacétylases (HDACs) qui désacétylent les lysines des histones et protéines non-histones. L’Ang II induit la phosphorylation et l’export nucléaire de la classe IIa des HDACs, particulièrement les HDAC5, et une augmentation de celles-ci est observée dans les maladies vasculaires. L’Ang II est un puissant activateur des voies des MAPK et de la PI3K/Akt, toutefois l’implication de ces voies dans la phosphorylation des HDAC5 et l’expression de l’Egr-1 dans les CMLVs reste inexplorée. Dans cette étude, l’Ang II a induit la phosphorylation des HDAC5 sur la sérine 498 dans les A10 CMLVs. Un blocage pharmacologique de l’extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) par U0126 n’a montré aucun effet significatif sur la phosphorylation et l’exclusion nucléaire des HDAC5 induite par l’Ang II. Par contre, l’inhibition de la voie PI3K par wortmannin, de l’Akt par SC66 ou le knockdown de l’Akt par des petits ARN interférents (siRNA) a atténué la phosphorylation et l’export nucléaire des HDAC5 induits par l’Ang II. Par ailleurs, l’inhibition de l’Akt ou le knockdown de cette kinase a diminué l’expression de l’Egr-1 induite dans les CMLVs stimulées par l’Ang II. L’inhibition des HDACs de la classe IIa par MC1568 ou TMP-195 ou bien le knockdown des HDAC5 a diminué l’expression de l’Egr-1 induite par l’Ang II. De plus, le blocage de l’export nucléaire des HDAC5 par la leptomycine B ou la KPT-330 a empêché la localisation cytoplasmique des HDAC5 et a atténué l’expression de l’Egr-1 en réponse à une stimulation de l’Ang II. L’hypertrophie vasculaire induite par l’Ang II a pu être inhibée par la suppression de l’HDAC5 et l’Egr-1. En conclusion, l’Ang II induit la phosphorylation et l’exclusion nucléaire des HDAC5 par la voie PI3K/Akt et non celle de ERK1/2; de plus, l’Ang II induit l’expression de l’Egr-1 à l’aide des HDAC5 via la voie Akt contribuant ainsi à l’hypertrophie des CMLVs. / Elevated concentration of angiotensin II (Ang II) contributes to vascular smooth muscle cells (VSMCs) proliferation, migration and hypertrophy by the activation of the mitogen-activated protein kinases (MAPK) and phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/protein kinase B (PKB/Akt) pathways. Ang II induced the expression of early growth response protein-1 (Egr-1), which is a transcription factor that is upregulated in atherosclerosis lesions and in animal models of vascular injuries. The activation or derepression of gene transcription is mediated by histone deacetylases (HDACs), which deacetylate lysine residues from histone and non-histones proteins. Ang II-induced the phosphorylation and nuclear export of class IIa HDACs, notably HDAC5, and its elevated activation is observed in vascular pathologies. Ang II is a potent activator of the MAPK and PI3K/Akt pathways, however their implication in the phosphorylation of HDAC5 and Egr-1 expression in VSMCs remain unexplored. In this study, Ang II-induced HDAC5 phosphorylation at serine 498 in A10 VSMCs and pharmacological blockade of the extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) by U0126 did not affect the phosphorylation and nuclear exclusion of HDAC5 in response to Ang II. Whereas, pharmacological inhibition of the PI3K by wortmannin, Akt by SC66 or small interfering RNA (siRNA)-induced silencing of Akt attenuated Ang II-induced HDAC5 phosphorylation and its nuclear export. Furthermore, inhibition or knockdown of Akt suppressed Ang II-induced Egr-1 expression. In addition, the inhibition of class IIa HDAC5 by MC1568, TMP-195 or HDAC5 knockdown by siRNA reduced Ang II-induced Egr-1 expression. The blockade of the nuclear export of HDAC5 by leptomycin B or KPT-330 prevented the cytoplasmic localization of HDAC5 and attenuated the expression of Egr-1 by Ang II in VSMCs. Moreover, HDAC5 or Egr-1 depletion prevented Ang II-induced cell hypertrophy. In summary, Ang II-induced HDAC5 phosphorylation and its nuclear export is mediated by the PI3K/Akt and not the ERK1/2 pathway, in addition, Ang II-induced Egr-1 expression involves the implication of HDAC5 via the Akt pathway which subsequently leads to VSMC hypertrophy.

Dans le contexte pathologique de l’athérosclérose, les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) sont caractérisées par une prolifération et une migration accrue. La stimulation à l’Angiotensine II (Ang II) ou au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) a tendance à promouvoir cette migration anormale. Cependant, ce phénomène seul n’est pas suffisant pour que les CMLV puissent migrer à travers le tissu environnant et envahir l’intima des vaisseaux sanguins. Les CMLV doivent alors dégrader la matrice extracellulaire et développer des structures nécessaires à l’invasion. Ce mouvement cellulaire est à l’origine d’une augmentation de la plaque athéromateuse responsable de nombreuses complications. Des données préliminaires ont montré que des facteurs de croissance ou hormones pouvaient induire l’invasion des CMLV. Dans notre laboratoire, il a été montré que les facteurs d’ADP-ribosylation (ARF) permettent la régulation du remodelage phénotypique des CMLV, et jouent un rôle dans la prolifération et la migration cellulaire. Au cours de cette étude, nous allons donc examiner le rôle de ARF6 dans la formation de structures importantes pour l’invasion et l’activation de métalloprotéinases de la matrice dans les CMLV humaines. En premier lieu, nous avons défini que la stimulation avec du PDGF ou de l’Ang II permet l’activation de la GTPase ARF6. En second lieu, nous avons mis en avant l’impact de la déplétion de ARF6 sur l’invasion cellulaire induite à la suite d’une stimulation avec le PDGF ou l’Ang II. Pour y parvenir, nous avons utilisé deux méthodes d’analyse de l’invasion, tout d’abord de la microscopie sur support gélatineux qui permet d’observer la dégradation de la matrice, ensuite des essais d’invasion sur du Matrigel dans des chambres de Boyden. Pour finir, nous avons voulu définir le mécanisme impliqué dans ce phénomène d’invasion cellulaire chez les CMLV humaines. En somme nous avons montré, l’importance d’ARF6 dans l’invasion induite par des facteurs de croissance ou hormone. Et nous avons soumis l’hypothèse que ce mécanisme passe par l’activation de la voie des MAPK ou PI3K. L’élucidation de ces mécanismes cellulaires pourrait avoir un intérêt quant à l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le traitement de l’athérosclérose. / In the pathological setting of atherosclerosis, vascular smooth muscle cells are characterized by an increased proliferation and migration. Stimulation of these cells with Angiotensin II (Ang II) or platelet-derived growth factor (PDGF) usually promotes this abnormal migration. However, this phenotype alone is not sufficient for VSMCs to migrate through surrounding tissues and infiltrate the blood vessels’ intima. VSMCs must also be able to degrade extracellular matrix components and acquire the cellular structures necessary for invasion. The migration of VSMCs to the intima is responsible for the growth of the atherosclerotic plaque which leads to numerous complications. Preliminary data has shown that growth factors and hormones can cause the invasive phenotype of VSMCs. Our group has demonstrated that the ADP-ribosylation factor (ARF) could regulate the phenotypic remodeling of VSMCs and, by extension, their proliferative and migrative capacities. During this study, we will examine the importance of ARF6 in the formation of important invasive cellular structures as well as matrix metalloproteinases activation in human VSMCs. First, we have discovered and defined the connection between agonist stimulation and the activation of the small GTPase ARF6. We have also studied the impact of ARF6 depletion on cellular invasion following PDGF or Ang II stimulation. We have accomplished this using two methods commonly employed to analyze cellular invasion: Gelatine-based matrix degradation assays analyzed by microscopy and invasion assays on Matrigel in Boyden chambers. Lastly, we have tried to uncover the mechanistic behind this invasive phenotype observed in human VSMCs. To summarize, we have demonstrated the importance of ARF6 in growth factors and hormone-induced cellular invasion and we have hypothesized that this activity is mediated by the activation of the MAPK or PI3K signaling pathways. The further characterization of these cellular mechanisms could lead to the discovery of novel therapeutic strategies in atherosclerosis.

The paradigm shift in cardiovascular biology has been the understanding that atherosclerosis involves not just a mechanical deposition of lipids in the vessel wall, but a dynamic process involving the inflammatory response with cellular infiltration and inflammatory mediator expression. Typical cellular elements that have been studied include endothelial cells, vascular smooth muscle, T lymphocyte and the macrophage. Recent data suggests a role for the human mast cell. The human mast cell is a tissuedwelling cell, typically perivascular in distribution. This multifunctional cell responds rapidly to challenge with the release of inflammatory mediators that can orchestrate an immune response and may have relevance to atherogenesis. Mast cells have been shown to modulate various aspects of cardiovascular disease such as atherogenesis (endothelial activation, cytokine generation and foam cell formation) as well as rupture of an unstable atheromatous plaque. Mast cell activation in the context of cardiovascular disease may occurby cognate cell-cell interactions (interactions with macrophages, T cells, endothelial cells or smooth muscle) or by non-cognate means (such as lipoproteins and other proatherogenic components). More studies are required in order to better understand the molecular role of mast cells in vascular inflammatory disease.

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