La maladie coronaire d'origine ischémique reste l'une des principales causes de mortalité dans le monde industrialisé. Le traitement de l'ischémie aiguë du myocarde est cependant entré dans une nouvelle ère où la mortalité peut être diminuée de moitié en utilisant des procédures qui permettent un retour rapide du débit sanguin dans la zone ischémique du myocarde, c'est-à-dire la revascularisation. Toutefois, cette reperfusion entraîne par elle-même des complications appelées lésions de la reperfusion qui ont été décrites pour la première fois par Jennings et al., en 1960. Par conséquent, le développement de stratégies cardioprotectrices associées à la reperfusion constitue un besoin majeur en clinique afin d'améliorer la fonction myocardique, de diminuer l'incidence des arythmies, de retarder l'apparition de la mort cardiomyocytaire et de limiter la taille de l'infarctus du myocarde lors de l'ischémie/reperfusion (I/R). La découverte de deux formes principales de mécanismes cardioprotecteurs endogènes, qui consistent en la réalisation de brefs cycles d'I/R appliqués avant l'ischémie (pré-conditionnement ischémique) ou après une longue période d'ischémie au début de la reperfusion (post-conditionnement ischémique), a encouragé la recherche de nouveaux moyens pharmacologiques capables de protéger le myocarde ischémié/reperfusé et a développé nos connaissances sur les bases moléculaires des lésions et de la survie cellulaire au cours des processus d'I/R.L'étude des mécanismes responsables de l'induction de la mort cellulaire a permis de mettre en évidence le rôle prépondérant joué par la mitochondrie et l'augmentation de la perméabilité de ses membranes, induite notamment par la formation/ouverture d'un pore au niveau des points de contacts entre les membranes mitochondriales ; ce pore a été appelé " pore de transition de la perméabilité mitochondriale " (mPTP). L'inhibition de l'ouverture de ce pore apparaît comme une stratégie privilégiée pour protéger le myocarde.De nombreuses études ont montré que les espèces réactives d'oxygène (EROs) jouent un rôle majeur dans les lésions de l'I/R et dans l'ouverture du mPTP. En revanche, il existe peu d'informations claires sur le seuil et la période de production (ischémie et/ou reperfusion) des EROs qui conduisent à l'ouverture du mPTP.Par conséquent, nous avons mis au point un modèle cellulaire d'hypoxie/réoxygénation (H/R) afin d'établir une relation causale entre la production d'EROs, l'ouverture du mPTP et la mort cellulaire tout en explorant le rôle de différents types d'EROs.Ce modèle d'H/R développé sur des cardiomyocytes de rats adultes fraîchement isolés nous a permis de mesurer en temps réel et simultanément la production des EROs, l'ouverture du mPTP et la mort cellulaire. Nous avons montré que la production des EROs débute pendant la période d'hypoxie et que cette production est directement liée à l'augmentation du temps d'hypoxie. Cette production d'EROs à l'hypoxie, plus particulièrement de radicaux hydroxyles et de peroxyde d'hydrogène, a été directement relié, et ceci pour la première fois, à l'ouverture du mPTP et à la mort cellulaire lors de l'H/R.Nous avons utilisé ce modèle pour étudier le mécanisme d'action de deux stratégies pharmacologiques cardioprotectrices, un nouveau ligand de la protéine translocatrice mitochondriale (TSPO), le TRO 40303, et l'activation de la voie RISK (Reperfusion Injury Salvage Kinase) par la morphine. Nous avons ainsi montré que (1) les propriétés cardioprotectrices du TRO40303 sont associées à une inhibition de l'ouverture du mPTP, ce qui n'avait pas pu être démontré au moyen d'expériences réalisées ex vivo et (2) l'activation de la voie RISK par la morphine, qui aboutit à une limitation de la taille d'infarctus associée à une amélioration des fonctions respiratoires mitochondriales, entraîne également une inhibition de l'ouverture du mPTP et un retard de la mort cellulaire des cardiomyocytes isolés soumis à une H/R.La suite logique de ce travail sera de rechercher si l'inhibition du stress oxydant peut constituer un mécanisme commun aux deux stratégies pharmacologiques cardioprotectrices que nous avons décrites en utilisant notre modèle d'H/R. Pour cela, il serait possible d'étendre notre modèle à des animaux génétiquement modifiés pour appréhender plus précisément les phénomènes impliqués dans cette activité antioxydante.A plus long terme, il sera nécessaire d'approfondir nos connaissances sur la production d'EROs pendant l'I/R en recherchant plus spécifiquement l'origine de cette production, notamment le rôle joué par la mitochondrie et l'effet d'autres espèces réactives dans le but de cibler le traitement et de développer de nouvelles stratégies cardioprotectrices.

Le postconditionnement cardiaque est paradoxal chez le rat. Certains auteurs ont montré que cet animal pouvait être protégé par le postconditionnement alors que d'autres ont montré qu'il était inefficace. L'objectif de notre travail était d'éclaircir cette situation et d'établir un lien entre la régulation des fonctions mitochondriales et la réussite ou l'échec du postconditionnement. Nous avons montré sur un modèle in vivo que le rat est sensible au postconditionnement cardiaque sous certaines conditions. Il semble que la réussite de cette thérapie nécessite à la fois une préservation de la phosphorylation oxydative, une inhibition de l'ouverture du mPTP et une diminution de la production de ROS. Nous avons également montré que le complexe I de la chaîne respiratoire régule l'ouverture du mPTP en liaison avec l'état de la Cyp D. L'ensemble de nos résultats montrent que le rat n'est pas réfractaire au postconditionnement, mais pour que celui-ci soit efficace, il est nécessaire de préserver l'intégrité des différentes fonctions mitochondriales. La cardioprotection et la régulation des fonctions mitochondriales sont donc spécifiquement liées au modèle utilisé

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

L'ischémie-reperfusion (IR) rénale entraîne des lésions de nécrose tubulaire aigue, nécessitant parfois une épuration extra rénale transitoire voir définitive. La mitochondrie joue un rôle important dans la physiopathologie de ces lésions d'IR en entrainant la mort cellulaire. L'étude de l'IR dans la cellule cardiaque a permis de mettre en évidence le rôle central du pore de transition de perméabilité mitochondriale (mPTP) dans le déclenchement de cette mort cellulaire. La ciclosporine (CsA) a été proposée comme thérapeutique pour protéger la cellule des lésions d'IR en retardant l'ouverture de ce mPTP. Cependant la CsA a des effets rénaux vasoconstricteurs aigus, nécessitant une validation expérimentale de sa protection dans l'IR rénale. Au cours de ce travail de thèse, nous avons mis au point un modèle murin d'IR rénale. Ensuite nous avons montré que le post-conditionnement à la CsA, ainsi que le post-conditionnement ischémique, permettent d'améliorer la fonction rénale avec un retard à l'ouverture du mPTP. Dans un deuxième travail, nous montrons que le pré conditionnement à la CsA est dose et temps dépendant, et médié en partie par l'augmentation d'expression d'une protéine chaperonne, l'Heat Shock Protéine 70 (HSP70). L'injection en bolus de CsA permet également d'améliorer la fonction rénale dans ce modèle d'IR avec un retard à l'ouverture du mPTP. Nos résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans la protection rénale, notamment dans la réduction des épisodes d'insuffisance rénale aigue après chirurgie aortique ou en transplantation rénale / Ischemia-reperfusion (IR) is a situation encountered in transplantation or during aortic surgery, which can result in renal damages, requiring sometimes transient or definitive dialysis. Mitochondria play a crucial role in the pathophysiology of IR causing cell death. Previous studies of cardiac IR highlighted the role of mitochondrial permeability transition pore (mPTP). Cyclosporin A (CsA) has been proposed as a treatment to protect the kidney from IR by the delay of the opening of the mPTP. However, CsA has acute renal hemodynamic effects and a long-term toxicity, requiring an experimental validation of its protection in the renal IR. In this work, we developed a mouse model of renal IR. In a first study, we showed that the post-conditioning with CsA and ischemic postconditioning improve renal function with a delay of the opening of the mPTP. In a second study, we showed that a high dose of CsA injected just before the ischemia improves renal function and leads to the delay of the opening of mPTP mediated by an increase of HSP70. Our results open new perspectives in renal protection, especially for reducing episodes of acute renal failure in aortic surgery or in renal transplantation

L’AMPc est un messager important de la régulation neurohormonale du cœur. En activant ses effecteurs, l’AMPc régule de nombreuses fonctions cellulaires telles que l'expression de gènes, le couplage excitation-contraction et le métabolisme cellulaire. Chez les mammifères, l'AMPc est produit par une famille d’adénylate cyclases au sein de plusieurs compartiments subcellulaires solubles ou membranaires. L'existence et le rôle de la signalisation des nucléotides cycliques dans les mitochondries ont été postulés, mais n'ont pas encore été démontrés. De plus, son implication dans la régulation de la mort cellulaire est encore inconnue. Dans cette thèse, nous avons démontré l'expression locale de plusieurs acteurs de la signalisation de l'AMPc dans les mitochondries cardiaques, à savoir une forme tronquée soluble AC (sACt) et la protéine d'échange directement activées par AMPc 1 (Epac1). Nous avons montré un rôle protecteur pour sACt contre la mort cellulaire, l'apoptose, ainsi que la nécrose de cardiomyocytes primaires. Lors de la stimulation par du bicarbonate (HCO3-) et du Ca2+, la sACt produit de l’AMPc, qui à son tour stimule la consommation d'oxygène, une augmentation du potentiel mitochondrial de membrane (ΔΨm) et la production d'ATP. L’AMPc est limitant pour l’entrée matricielle de Ca2+ via l’uniport calcique mitochondrial (MCU) et, en conséquence, prévient la transition de perméabilité mitochondriale (MPT). En outre, dans les mitochondries isolées de cœurs de rats défaillants, la stimulation de la voie de l'AMPc par le HCO3- prévient la sensibilisation des mitochondries au Ca2+. Nous avons également constaté que les familles de phosphodiestérases (PDE), PDE2, 3 et 4, sont exprimées dans les mitochondries cardiaques régulant le taux d’AMPc. Ainsi, ces protéines forment une voie de signalisation locale dans la matrice régulant la fonction mitochondriale cardiaque. Finalement, notre étude a permis d’identifier un lien entre l'AMPc mitochondrial, le métabolisme, certaines PDEs et la mort cellulaire dans le cœur, qui est indépendant de la signalisation AMPc cytosolique. Ceci pourrait constituer un nouveau mécanisme cardioprotecteur via la préservation de la fonction mitochondriale dans un contexte physiopathologique. / CAMP is an important messenger in neurohormonal regulation of the heart. By activating its effectors, cAMP regulates many cellular functions such as gene expression, excitation-contraction coupling and cellular metabolism. In mammals, cAMP is produced by a family of adenylyl cyclase with various subcellular locations and membrane anchorage. The existence and role of cyclic nucleotide signaling in mitochondria has been postulated, but has not yet been demonstrated. Moreover, its implication in the regulation of cell death is still unknown. In this thesis, we demonstrated the local expression of several actors of cAMP signaling within cardiac mitochondria, namely a truncated form of soluble AC (sACt) and the exchange protein directly activated by cAMP 1 (Epac1) and showed a protective role for sACt against cell death, apoptosis as well as necrosis, in primary cardiomyocytes. Upon stimulation with bicarbonate (HCO3-) and Ca2+, sACt produces cAMP, which in turn stimulates oxygen consumption, increased the mitochondrial membrane potential (∆Ψm) and ATP production. cAMP is rate-limiting for matrix Ca2+ entry via the mitochondrial calcium uniporter (MCU) and, as a consequence, prevented mitochondrial permeability transition (MPT). In addition, in mitochondria isolated from failing rat hearts, stimulation of the mitochondrial cAMP pathway by HCO3- rescued the sensitization of mitochondria to Ca2+-induced MPT. We also found that PDE2, 3 and 4 families are located in cardiac mitochondria. They form a local signaling pathway with soluble AC in the matrix, which regulates cardiac mitochondrial functions. Thus, our study identifies a link between mitochondrial cAMP, mitochondrial metabolism, some PDEs and cell death in the heart, which is independent of cytosolic cAMP signaling. This might constitute a novel cardioprotective mechanism through mitochondrial function preservation in pathophysiological conditions.

Implication du PTP dans la mort cellulaire β pancréatique L'hyperglycémie, l'hyperfructosémie et l'ischémie-reperfusion sont délétères pour la viabilité cellulaire β pancréatique, jouant un rôle majeur dans la perte de la masse cellulaire β. Le pore de transition de perméabilité mitochondriale (PTP) est un canal mitochondrial impliqué dans le déclenchement de la mort cellulaire. Des données récentes montrent l'implication du PTP et du stress oxydant dans la toxicité induite par l'ischémie-reperfusion sur cardiomyocytes et également dans la glucotoxicité induite sur cellules endothéliales. La première partie de notre étude a visé à étudier l'implication de l'ouverture du PTP dans la mort cellulaire des cellules INS-1 et des îlots pancréatiques humains soumis à de fortes concentrations de glucose et de fructose. Nous démontrons que l'incubation des cellules INS-1 et des îlots pancréatiques humains en présence de 30 mM de glucose ou 2,5 mM de fructose déclenche une ouverture du PTP et induit la mort cellulaire. La metformine et la Cyclosporine A (CsA) préviennent l'ouverture du PTP et la mort cellulaire induite par le glucose et le fructose. La deuxième partie de notre travail montre que l'exposition des INS-1 à une heure de carence en substrat concomitante d'une hypoxie, suivie d'une restauration des conditions basales conduit à l'ouverture du PTP et à une majoration drastique de la mort cellulaire. Ces deux évènements sont totalement prévenus par l'incubation préalable par la CsA et la metformine mais aussi par la N-Acétyl-Cystéine (NAC) ou par l'exposition à une anoxie, soulignant ainsi le rôle fondamental du stress oxydant dans le déclenchement de l'ouverture du PTP et de la mort cellulaire. Nous montrons qu'au cours de l'ischémie-reperfusion simulée, la production de superoxide est bi-phasique : nous décrivons un premier pic de production au cours de la carence en substrat, lié à un flux reverse d'électrons au sein du complexe I de la chaîne respiratoire. Ce premier pic est suivi d'un deuxième pic de production après la restauration du niveau de substrats et d'O2, lié à l'ouverture du PTP. La NAC, l'anoxie ou la metformine préviennent les deux pics de production de superoxide tandis que la CsA prévient seulement le second pic. Enfin, nous montrons que l'hypoxie seule n'induit ni stress oxydant, ni ouverture du PTP ni mortalité cellulaire. L'ensemble de notre travail démontre le rôle central du PTP dans la gluco-fructotoxicité et dans la toxicité induite par l'ischémie-reperfusion sur la cellule β pancréatique. Ainsi, prévenir l'ouverture du PTP peut-être une approche intéressante pour préserver la viabilité cellulaire β. / PTP involvement in β pancreatic cell death Hyperglycemia, hyperfructosemia and ischemia-reperfusion play a major role in the progression of β cell loss in diabetes mellitus. The permeability transition pore (PTP) is a mitochondrial channel involved in cell death. PTP opening and oxidative stress have been shown to be involved in ischemia-reperfusion injury on cardiomyocytes and in hyperglycemia-induced cell death in endothelial cells. In the first part of this work, we have examined the involvement of PTP opening in INS-1 cells and human pancreatic islets cell death induced by high levels of glucose or fructose. We first reported that Metformin and Cyclosporin A (CsA) prevented Ca2+-induced PTP opening in permeabilized and intact INS-1 cells. We then shown that incubation of INS-1 cells and human islets in the presence of 30 mM glucose or 2.5 mM fructose induced PTP opening and led to cell death. Because both Metformin and CsA prevented glucose and fructose induced PTP opening, and hampered glucose and fructose induced cell death, we conclude that PTP opening is involved in high glucose and high fructose induced INS-1 and human islets cell death. We therefore suggest that preventing PTP opening might be a new approach to preserve β cell viability. In the second part of the work, we demonstrate that the incubation of INS-1 cells in the absence of energy substrates in hypoxic condition for 1 hour followed by incubation in normal condition led to PTP opening and to a dramatic increase in cell death. Both events were totally prevented when PTP opening was inhibited by either Cyclosporin A (CsA) or Metformin or when the cells were incubated in the presence of the antioxidant N-acetyl-cystein (NAC), in anoxia, highlighting the implication of oxidative stress is the commitment of PTP opening. Superoxide production increased during the removal of energy substrates, due to reverse electron flux through complex I and again increased when normal energy substrate and O2 were restored, due to PTP opening. NAC, anoxia or Metformin prevented the two phases of oxidative stress, while CsA prevented only the second one. Hypoxia alone did not induce oxidative stress, PTP opening or cell death. Our work demonstrates the implication of PTP opening in ischemia-reperfusion injury and gluco- fructotoxicty in β pancreatic cells. We therefore suggest that preventing PTP opening might be a new approach to preserve β cell viability.

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

La maladie coronaire d’origine ischémique reste l’une des principales causes de mortalité dans le monde industrialisé.Le traitement de l’ischémie aiguë du myocarde est entré dans une nouvelle ère où la mortalité peut être diminuée de moitié en utilisant des procédures qui permettent un retour rapide du débit sanguin dans la zone ischémique du myocarde: la revascularisation.Cette reperfusion entraîne des complications appelées lésions de la reperfusion qui ont été décrites pour la 1ère fois par Jennings et al., en 1960. Le développement de stratégies cardioprotectrices associées à la reperfusion constitue un besoin majeur en clinique afin d’améliorer la fonction myocardique, de diminuer l'incidence des arythmies, de retarder l'apparition de la mort cardiomyocytaire et de limiter la taille de l’infarctus du myocarde lors de l'ischémie/reperfusion (I/R).La découverte de 2 formes principales de mécanismes cardioprotecteurs endogènes, a encouragé la recherche de nouveaux moyens pharmacologiques capables de protéger le myocarde ischémié/reperfusé et a développé nos connaissances sur les bases moléculaires des lésions et de la survie cellulaire au cours des processus d’I/R.L’étude des mécanismes responsables de l’induction de la mort cellulaire a permis de mettre en évidence le rôle joué par la mitochondrie et l’augmentation de la perméabilité de ses membranes, induite par la formation/ouverture d’un pore au niveau des points de contacts entre les membranes mitochondriales;ce pore a été appelé « pore de transition de la perméabilité mitochondriale » (mPTP).L’inhibition de l’ouverture de ce pore apparaît comme une stratégie privilégiée pour protéger le myocarde.Des études ont montré que les espèces réactives d’oxygène (EROs) jouent un rôle majeur dans les lésions de l’I/R et dans l’ouverture du mPTP.Il existe peu d’informations claires sur le seuil et la période de production (ischémie et/ou reperfusion) des EROs qui conduisent à l’ouverture du mPTP.Nous avons mis au point un modèle cellulaire d’hypoxie/réoxygénation (H/R) afin d’établir une relation causale entre la production d’EROs, l’ouverture du mPTP et la mort cellulaire tout en explorant le rôle de différents types d’EROs.Ce modèle d’H/R nous a permis de mesurer en temps réel et simultanément la production des EROs, l’ouverture du mPTP et la mort cellulaire.Nous avons montré que la production des EROs débute pendant la période d’hypoxie et qu’elle est directement liée à l’augmentation du temps d’hypoxie.Cette production d’EROs à l’hypoxie, plus particulièrement de radicaux hydroxyles et de peroxyde d’hydrogène, a été directement relié, à l’ouverture du mPTP et à la mort cellulaire lors de l’H/R.Nous avons utilisé ce modèle pour étudier le mécanisme d’action de deux stratégies pharmacologiques cardioprotectrices, un nouveau ligand de la protéine translocatrice mitochondriale (TSPO), le TRO 40303, et l’activation de la voie RISK par la morphine. Nous avons ainsi montré que (1) les propriétés cardioprotectrices du TRO40303 sont associées à une inhibition de l’ouverture du mPTP, ce qui n’avait pas pu être démontré au moyen d’expériences réalisées ex vivo et (2) l’activation de la voie RISK par la morphine, qui aboutit à une limitation de la taille d’infarctus associée à une amélioration des fonctions respiratoires mitochondriales, entraîne également une inhibition de l’ouverture du mPTP et un retard de la mort cellulaire des cardiomyocytes isolés soumis à une H/R.La suite de ce travail sera de rechercher si l’inhibition du stress oxydant peut constituer un mécanisme commun aux deux stratégies pharmacologiques cardioprotectrices en utilisant notre modèle d’H/R.Il serait possible d’étendre notre modèle à des animaux génétiquement modifiés pour appréhender les phénomènes impliqués dans cette activité antioxydante.A plus long terme, il sera nécessaire d’approfondir nos connaissances sur la production d’EROs pendant l’I/R en recherchant plus spécifiquement l’origine de cette production. / Ischemic coronary artery disease remains one of the main causes of mortality in the industrialized countries. The treatment of acute myocardial ischemia entered a new era where mortality can be reduced by 50% using revascularization procedures that allow a rapid return of blood flow to the ischemic area. However, this reperfusion leads to complications known as lethal reperfusion induced injury that have been described for the first time by Jennings et al., in 1960. It became crucial to develop cardioprotective strategies in combination with early reperfusion in order to improve myocardial function, to reduce the incidence of arrhythmias, to delay the onset of cardiomyocytes death and to limit the extension of infarct size following reperfusion. The discovery of two major forms of endogenous cardioprotective mechanisms, which consist of the realization of short cycles of ischemia/reperfusion (I/R) prior to a long period of ischemia (ischemic preconditioning) or before reperfusion after the long period of ischemia (Ischemic Postconditioning), encouraged the search for new pharmacological tools to protect the ischemic myocardium to develop our knowledge on the molecular mechanisms of lethal reperfusion injury and cell survival in the I/R process.The study of cell death mechanisms has highlighted the crucial role of the mitochondria and more specifically the increase in mitochondrial membrane permeability following I/R.One reason for increasing permeability is the formation/opening of a pore at mitochondrial membranes contact sites at reperfusion.This pore has been called "the mitochondrial permeability transition pore" (mPTP). Inhibition of this pore opening has been presented as a main strategy to protect the myocardium.Many studies have shown that reactive oxygen species (ROS) play a major role in I/R injury and mPTP opening, but there is very few information to date about the threshold and the period of ROS production (ischemia and/or reperfusion) that lead to mPTP opening.We designed a cellular model of hypoxia/reoxygenation (H/R) to establish a causal relationship between ROS production, mPTP opening and cell death while exploring the role of different types of ROS.This H/R model used freshly isolated adult rat cardiomyocytes and allowed us to measure online and simultaneously ROS production, mPTP opening and cell death. We have demonstrated that ROS production starts during the period of hypoxia and thisproduction is directly linked to the increase in the duration of hypoxia.This ROS production during hypoxia has been, for the first time, directly related to mPTP opening and cell death following H/R.We used this model to study the mechanism of action of two cardioprotective strategies, a new ligand of the mitochondrial translocator protein (TSPO), TRO 40303 and a RISK (Reperfusion Injury Salvage Kinase) pathway activator, morphine. We have shown that (1) the cardioprotective properties of TRO40303 were associated with inhibition of mPTP opening, a mechanism that could not be demonstrated using ex vivo experiments and (2) morphine that provoked infarct size limitation associated with an improvement of mitochondrial respiratory functions through RISK pathway activation, also inhibited mPTP opening and delayed cell death of isolated cardiomyocytes subjected to H/R.Finally, a question comes into sight whether the inhibition of oxidative stress may be a common mechanism to both cardioprotective pharmacological strategies that we have described using our H/R model. To do this, it would be possible to extend our model to genetically modified animals specifically adapted to understand the phenomena involved in antioxidant activity.On long-term, it will be necessary to develop our knowledge on ROS production during I/R by looking for the origin of this production, more precisely the role of the mitochondria and the effect of other reactive species in order to target the treatment and to develop new cardioprotective strategies.

Implication du PTP dans la mort cellulaire β pancréatique L'hyperglycémie, l'hyperfructosémie et l'ischémie-reperfusion sont délétères pour la viabilité cellulaire β pancréatique, jouant un rôle majeur dans la perte de la masse cellulaire β. Le pore de transition de perméabilité mitochondriale (PTP) est un canal mitochondrial impliqué dans le déclenchement de la mort cellulaire. Des données récentes montrent l'implication du PTP et du stress oxydant dans la toxicité induite par l'ischémie-reperfusion sur cardiomyocytes et également dans la glucotoxicité induite sur cellules endothéliales. La première partie de notre étude a visé à étudier l'implication de l'ouverture du PTP dans la mort cellulaire des cellules INS-1 et des îlots pancréatiques humains soumis à de fortes concentrations de glucose et de fructose. Nous démontrons que l'incubation des cellules INS-1 et des îlots pancréatiques humains en présence de 30 mM de glucose ou 2,5 mM de fructose déclenche une ouverture du PTP et induit la mort cellulaire. La metformine et la Cyclosporine A (CsA) préviennent l'ouverture du PTP et la mort cellulaire induite par le glucose et le fructose. La deuxième partie de notre travail montre que l'exposition des INS-1 à une heure de carence en substrat concomitante d'une hypoxie, suivie d'une restauration des conditions basales conduit à l'ouverture du PTP et à une majoration drastique de la mort cellulaire. Ces deux évènements sont totalement prévenus par l'incubation préalable par la CsA et la metformine mais aussi par la N-Acétyl-Cystéine (NAC) ou par l'exposition à une anoxie, soulignant ainsi le rôle fondamental du stress oxydant dans le déclenchement de l'ouverture du PTP et de la mort cellulaire. Nous montrons qu'au cours de l'ischémie-reperfusion simulée, la production de superoxide est bi-phasique : nous décrivons un premier pic de production au cours de la carence en substrat, lié à un flux reverse d'électrons au sein du complexe I de la chaîne respiratoire. Ce premier pic est suivi d'un deuxième pic de production après la restauration du niveau de substrats et d'O2, lié à l'ouverture du PTP. La NAC, l'anoxie ou la metformine préviennent les deux pics de production de superoxide tandis que la CsA prévient seulement le second pic. Enfin, nous montrons que l'hypoxie seule n'induit ni stress oxydant, ni ouverture du PTP ni mortalité cellulaire. L'ensemble de notre travail démontre le rôle central du PTP dans la gluco-fructotoxicité et dans la toxicité induite par l'ischémie-reperfusion sur la cellule β pancréatique. Ainsi, prévenir l'ouverture du PTP peut-être une approche intéressante pour préserver la viabilité cellulaire β.

Le pore de transition de perméabilité mitochondriale (PTPm) joue un rôle majeur dans la mort cellulaire et dans la cardioprotection. Notre hypothèse est que le complexe I de la chaîne respiratoire est impliqué dans la régulation de l'ouverture du PTPm. Sur des mitochondries isolées de cœurs des rongeurs, nous avons pu démontrer que le PTPm est désensibilisé par la cyclosporine A, un inhibiteur de la cyclophiline D (CyP-D), et cet effet est largement amplifié en présence de la roténone, un inhibiteur du complexe I. Ces résultats ont été confirmés chez la souris CyP-D déficiente. L'étude de plusieurs types cellulaires a aussi confirmé l'effet de la roténone dans la régulation du PTPm. Ainsi, nous avons pu montrer que le flux d'électrons travers le complexe I est capable de réagir sur un site de régulation du PTPm cardiaque masqué par la CyP-D. De plus, les analogues de l'ubiquinone, élément de la chaîne respiratoire impliqué dans le transfert d'électrons entre les complexes I, II et III, modulent la susceptibilité du PTPm vis-à-vis du Ca2+. Par ailleurs, dans un modèle de cœur isolé du rat, le postconditionnement par le perindoprilate, un inhibiteur de l'enzyme de conversion, diminue la taille de l'infarctus après l'ischémie-reperfusion d'une façon NO-dépendant. L'ensemble de nos résultats ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques dans la cardioprotection et montre l'importance du complexe I et de la CyP-D comme cibles moléculaires incontournables dans la cardioprotection