De nombreux troubles ont un retentissement sur le contrôle de l'équilibre dynamique au cours de la marche. Qu'ils soient d'origine traumatique, neurologique, ou liés à la sénescence, ils limitent plus ou moins la stabilité, c'est-à-dire la capacité des sujets à récupérer de perturbations internes ou externes, et peuvent conduire à la chute. Chez les enfants, la stabilité est de plus liée aux étapes développementales. Son interprétation nécessite donc de différencier ce qui relève de l'instabilité développementale et de l'instabilité pathologique. Les techniques instrumentées d'analyse du mouvement permettent un enregistrement fiable et précis des paramètres de la marche. Des index ont été développés pour faciliter l'évaluation clinique de la marche des patients mais aucun d'entre eux ne quantifie l'aspect stabilité.Ce travail de thèse a conduit à la production d'un score quantifiant la stabilité au travers de la variabilité des paramètres spatiotemporels, enregistrés par une piste de marche électronique. Ce score, dénommé Gait Variability Index (GVI), a été appliqué à des populations, asymptomatiques et pathologiques, représentatives des différents âges de la vie : l'enfant, l'adulte et la personne âgée. Les résultats obtenus chez des patients affectés de paralysie cérébrale, d'ataxie de Friedreich ou cérébrolésés démontrent que le GVI est un outil cohérent pour l'évaluation de l'instabilité. Outre l'intérêt clinique qu'il représente, celui-ci ouvre différentes perspectives pour son application et invite à la réflexion quant à la nature perturbatrice ou régulatrice de la variabilité.

Ce mémoire d'HDR (Habilitation à Diriger des Recherches) représente une synthèse de mes activités d'enseignement et de mes travaux de recherche. Mon parcours de recherche a été centré sur les acides gras polyinsaturés de la famille oméga-3, notamment l'acide docosahexaénoïque (DHA), un nutriment bioactif indispensable au développement du système nerveux central et à la fonction rétinienne. Mon intérêt pour cette molécule fondamentale m'a amenée au cours de ces années à réaliser des recherches allant de la biosynthèse du DHA à partir de son précurseur (l'acide alpha-linolénique), à son ciblage spécifique au niveau de la sphère cérébro-vasculaire en passant par son métabolisme (peroxydation lipidique et métabolisme oxygéné).

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences naturelles : Lille 1 : 2005. / Synthèse des travaux en français. Articles en anglais non reproduits dans la version électronique. N° d'ordre (Lille 1) : 491. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 99-111. Liste des publications et des communications.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences de la vie et de la santé : Lille 2 : 2008. / Résumé en français et en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 150-175.

Thèse d'exercice : Médecine. Neurologie : Paris 12 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 55-61.

L’adiponectine, une adipokine aux niveaux plasmatiques inversement associés aux composantes du syndrome métabolique, protège contre l’athérosclérose et réduit les risques d’infarctus du myocarde. Les cellules progénitrices endothéliales (EPCs) jouent un rôle dans la réparation vasculaire et leur nombre est réduit chez les patients atteints de maladies cardiovasculaires. Nous croyons que les effets de l’adiponectine peuvent s’expliquer entre autres via ses interactions avec les EPCs. Trois sous-population d’EPCs, isolées du sang de donneurs sains, ont été caractérisées par immunophénotypage par cytométrie en flux. L’expression des récepteurs de l’adiponectine, AdipoR1, AdipoR2 et H-cadherin par les EPCs et les cellules endothéliales a été évaluée par qPCR. Les effets de l’adiponectine sur la migration et l’apoptose des EPCs et sur l’apoptose des HUVECs ont été étudiés. L’expression de l’élastase des neutrophiles par les EPCs et son activité ont été testées. Les résultats de qPCR montrent que l’AdipoR1 est plus fortement exprimé que l’AdipoR2 alors qu’H-cadhérine n’est pas détectable dans les EPCs. Les EPCs précoces expriment aussi l’élastase. L’expression d’AdipoR1 a été confirmée par immunobuvardage. L’adiponectine augmente de façon significative la survie de deux sous-populations d’EPCs, mais pas celle des HUVECs, en condition de privation de sérum. L’activité de l’élastase a été confirmée dans le milieu conditionné par les EPCs. Les EPCs expriment les récepteurs de l’adiponectine et l’élastase. L’adiponectine protège les EPCs contre l’apoptose et pourrait augmenter leur capacité de réparation vasculaire. L’activité élastase des EPCs pourrait moduler localement l’activité de l’adiponectine par la génération de sa forme globulaire. / Adiponectin, an adipokine whose plasma levels are inversely correlated to metabolic syndrome components, protects against atherosclerosis and reduces myocardium infarction-associated risks. Endothelial progenitor cells (EPCs) are involved in vascular repair and their number is reduced in patients with cardiovascular disease. We hypothesized that positive effects of adiponectin against atherosclerosis are explained in part by its interaction with EPCs. EPCs were obtained from healthy volunteers’ venous blood by mononuclear cell isolation and plating on collagen-coated dishes. Three subpopulations of EPCs were characterized by flow cytometry immunophenotyping. Expression of adiponectin receptors, AdipoR1, AdipoR2 and H-cadherin was evaluated by qPCR in EPCs and endothelial cells. Effects of recombinant adiponectin on apoptosis of EPCs and HUVECs were assessed. Expression of neutrophil elastase by EPCs and enzymatic activity on adiponectin processing were assessed. Quantitative PCR of EPCs and HUVECs mRNA showed a higher expression of AdipoR1 compared to AdipoR2 and no expression of H-cadherin in EPCs. Expression of AdipoR1 in EPCs was confirmed by Western Blot. We demonstrated that early EPCs express neutrophil elastase. Adiponectin significantly increased survival of two subpopulations of EPCs in condition of serum deprivation but had no effects on HUVECs. Neutrophil elastase activity was confirmed in EPCs conditioned media. Adiponectin protects some EPCs subpopulations against apoptosis and therefore could modulate their involvement in vascular repair. Neutrophil elastase activity of EPCs could locally modify adiponectin activity by its ability to generate the globular form of adiponectin.

L'objectif de mon travail de thèse était d'une part, de mieux comprendre le rôle des différentes familles de phosphodiestérases (PDEs) dans la régulation de la signalisation dépendante de l'AMPc (PDE-AMPc) dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs), et d'autre part, d'évaluer leur implication fonctionnelle dans la réactivité vasculaire et leur altération potentielle dans un modèle physiopathologique, l'insuffisance cardiaque (IC). Mon travail s'est articulé autour de deux modèles de muscle lisse vasculaire : (1) des CMLVs isolées en culture ayant acquis un phénotype synthétique sur lesquelles une approche d'imagerie en temps réel (FRET : Transfert d'Energie de Fluorescence par Résonance) a été appliquée afin de visualiser in situ la dynamique spatiotemporelle des signaux dépendants de l'AMPc. Nos résultats indiquent que, dans ces cellules, l'augmentation des niveaux d'AMPc provoquée par la stimulation β-adrénergique (β-AR) implique différents récepteurs suivant le compartiment intracellulaire considéré (β1- et β2-ARs dans le cytosol et seulement β2-ARs dans le compartiment sous-membranaire). Nous avons par ailleurs observé que l'expression des ARNm des différentes isoformes de PDE-AMPc et la contribution fonctionnelle de ces enzymes dans la régulation des signaux AMPc intracellulaires étaient dépendantes de la densité des CMLVs en culture.(2) des anneaux d'artères intactes issues de deux lits vasculaires différents (aorte et artère mésentérique) isolées à partir de rats sains et IC, permettant d'étudier leur fonction contractile et donc la régulation de celle-ci par la voie de l'AMPc. Nous avons montré que les familles de PDE-AMPc contribuent de façon différente au contrôle du tonus vasculaire dans l'aorte thoracique (PDE3 = PDE4 sans participation de la PDE2) et dans l'artère mésentérique (PDE4 > PDE2 sans participation de la PDE3), l'endothélium exerçant un rôle essentiel dans la régulation de l'activité de ces PDEs musculaires lisses, notamment par le biais de la production de NO. Nous avons également mis en évidence des altérations de la réactivité vasculaire, et notamment de son contrôle par la voie de l'AMPc/PDE, dans notre modèle de rat IC. Dans l'aorte, la dysfonction endothéliale liée à l'altération de la voie du NO est à l'origine d'une augmentation de l'activité PDE3 masquant l'activité PDE4 et la relaxation β-adrénergique. Dans l'artère mésentérique des rats IC, dont la fonction endothéliale apparaît préservée, les PDE2, 3 et 4 restent fonctionnelles.L'ensemble de nos travaux souligne le rôle essentiel des PDEs dans la régulation de la signalisation AMPc vasculaire, et montre que l'activité et la fonction des différentes familles de PDE-AMPc sont finement modulées par de nombreux paramètres (phénotype et densité cellulaire des CMLVs) ou situations physio-pathologiques (nature du lit vasculaire, présence de l'endothélium, situation d'IC).

ALK1 est un récepteur de la famille du TGF-β, principalement exprimé dans les cellules endothéliales. Le ligand physiologique et circulant d'ALK1, BMP9, a été découvert par notre laboratoire en 2007, ce qui a ouvert des possibilités d'étude de la fonction d'ALK1. La première partie de ma thèse a été consacrée à l'analyse fonctionnelle de mutants d'ALK1, retrouvés sur des patients atteints de la maladie de Rendu-Osler de type 2, en réponse à BMP9. Cette étude a permis de : 1) proposer l'haploinsuffisance fonctionnelle comme modèle de la maladie ; 2) développer un test diagnostique pour discriminer les mutations pathogènes des polymorphismes rares, basé sur leur réponse à BMP9 ; 3) d'avoir une meilleure connaissance des acides aminés d'ALK1 importants dans la réponse à BMP9. Un second travail a consisté en la production de la forme mature de BMP9 et du domaine extracellulaire d'ALK1 en vue de l'étude de la structure cristallographique du complexe. L'expression des protéines et leur purification sont en phase d'optimisation. Enfin, un troisième projet consistait en l'analyse du rôle de BMP9 dans l'angiogenèse in vivo. La neutralisation de BMP9 par deux stratégies distinctes induit une augmentation de la densité vasculaire dans la rétine de la souris. Le mécanisme est en cours d'investigation.

De nombreuses études indiquent que la prématurité, qui représente 8 % des naissances, estassociée à des indices précoces de dysfonction vasculaire, d'élévation de la pression sanguineet de survenue de diabète de type 2. Les enfants nés prématurément sont plus sujets auxblessures oxydatives de par l'immaturité de leurs défenses antioxydantes et de leur expositionà des situations pro-oxydantes (exposition à l'air ambiant, à un supplément d'oxygène, ou àune exposition aux infections). Cependant, les conséquences à long terme des blessuresoxydatives induites par une exposition à l'oxygène en période périnatale restent méconnues.Le but de ce doctorat a été de mettre en évidence certains mécanismes pouvant relier lesdommages de la prématurité induits par l'oxygène, et le risque à long terme de développer desmaladies cardiovasculaires et métaboliques dans le concept global d'une programmationdéveloppementale de l'hypertension et des pathologies reliées au syndrome métabolique. Des ratons Sprague-Dawley (SD) ont été exposés à 80 % O2 (O2) vs air ambiant (AA) du 3èmeau 10ème jour de vie. Concernant les paramètres cardiovasculaires, nous avons mesuré aucours de la croissance, la pression sanguine à la queue (de la 4ème semaine à la 15ème semaine)et à l'âge adulte : la réactivité vasculaire à l'angiotensine II (AngII) et au carbachol (ex vivo,carotides) avec ou sans le tempol; la production d'oxyde nitrique (NO) en présence ou non Larginineet de L-sépiaptérine (aorte, immunohistochimie) ainsi que l'expression de la nitricoxyde synthase endothéliale (eNOS) (aorte, immunohistochimie et western blot); le stressoxydant vasculaire (aorte, chemiluminescence) par la mesure de la production d'anionssuperoxide en présence ou non des inhibiteurs de la nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) et de la nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS), l'apocynine,et N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectivement, ainsi que le stress oxydantcirculant par la mesure des niveaux plasmatiques de malondialdéhyde (MDA, HPLC); ladensité microvasculaire a été évaluée au niveau du muscle tibial antérieur,immunohistochimie); la vitesse d'onde pulsée (VOP) (entre la valve aortique et juste avant labifurcation ilio-fémorale) a été mesurée par ultrason; le nombre de néphrons a été compté pardigestion acide. L'ontogenèse de la plupart de ces mécanismes a été regardée à l'âge de 4semaines.Concernant les paramètres métaboliques, le poids a été mesuré au cours de la croissance. Àl'âge adulte, la composition corporelle et la tolérance au glucose ont été évaluées. À l'âge de 4 semaines, aucune différence n'a été observée dans la pression sanguine, laréactivité vasculaire et le stress oxydant, mais chez les rats O2 vs AA, la densitémicrovasculaire est moindre, et des changements histologiques suggèrent la présence d'unerigidité artérielle augmentée.À l'âge adulte chez les rats O2 vs AA (n = 6-8 /groupe) : i) les pressions sanguines systoliqueset diastoliques sont augmentées; ii) la réactivité vasculaire à l'AngII est augmentée et celle aucarbachol est diminuée, le tempol prévient ces dysfonctions; iii) la production de NO est plusfaible au niveau basal et après stimulation par le carbachol, mais est restaurée après la préincubationavec L-arginine et L-sépiaptérine; iv) l'expression d'eNOS est diminuée parimmunohistochimie et augmentée par western blot; v) les niveaux d'anions superoxide, auniveau basal et en réponse à l'AngII, sont augmentés et sont induits par la NADPH oxydase etle non-couplage d'eNOS; vi) les niveaux plasmatiques de MDA sont augmentés; vii) Ladensité microvasculaire est moindre; viii) la VOP est augmentée; ix) le nombre de néphrons par rein est réduit; x) le poids est plus faible au cours de la croissance et un catch up estobservé à l'âge adulte; la composition corporelle n'est pas différente entre les groupes; xi) latolérance au glucose est diminuée. Ces résultats supportent l'hypothèse d'une programmation développementale des maladiescardiovasculaires et métaboliques à l'âge adulte à la suite d'un stress hyperoxique néonatal.

Les espèces réactives de l'oxygène ou ROS sont des molécules dérivées de l'oxygène produites " de manière professionnelle " par les NADPH oxydases (NOX). Ces enzymes utilisent l'oxygène comme accepteur d'électrons afin de les transférer à travers les membranes. Le produit de cette réaction est l'anion superoxyde. La famille des NADPH oxydases est composée chez l'Homme de 7 membres : NOX1, NOX2, NOX3, NOX4, NOX5, DUOX1 et DUOX2. Bien que les structures des différentes isoformes des NOX soient très homologues, leurs mécanismes d'activation et leurs distributions tissulaires, cellulaires et subcellulaires et en conséquence, leurs fonctions physiologiques sont très différents. Leurs rôles physiologiques mais aussi pathologiques ont été très souvent déterminés à l'aide de modèles murins transgéniques. Le travail présenté dans cette thèse a eu pour but de déterminer deux nouveaux rôles de NOX1 dans des pathologies humaines : l'hypertension artérielle et le syndrome de détresse respiratoire. Dans un second temps, nous avons également évalué le rôle anti-inflammatoire de NOX2 en utilisant comme modèle des souris déficientes en Nox2. NOX1 a été impliqué dans l'hypertension artérielle induite par l'angiotensine II. Dans cette étude, il a été démontré que les ROS générés par NOX1 sont impliqués dans la formation des anévrysmes aortiques induits par l'angiotensine II, en régulant l'activité des métallo-protéases ainsi que la fibrose. L'activation de NOX1 par l'angiotensine II via son récepteur AT1 est un phénomène bien connu. Nous avons démontré que NOX1 est capable également de réguler la présence du récepteur AT1 à la membrane plasmique. Ces données font de NOX1 une cible thérapeutique de plus en plus importante dans l'hypertension artérielle ainsi que dans les anévrysmes aortiques. Le syndrome de détresse respiratoire des prématurés est caractérisé par une immaturité pulmonaire nécessitant une ventilation mécanique et de fortes concentrations d'oxygène. Les poumons soumis alors à des conditions d'hyperoxie vont être exposés à des concentrations importantes de ROS favorisant et exacerbant les lésions pulmonaires. Lors de cette étude, nous avons démontré à l'aide de souris déficientes en Nox1 que cette NADPH oxydase uniquement est impliquée dans la génération des ROS au niveau des cellules épithéliales et endothéliales pulmonaires induite par l'hyperoxie. NOX1 est à nouveau une cible potentielle thérapeutique lors des syndromes respiratoires des prématurés particulièrement sensibles aux fortes concentrations de ROS. La maladie granulomateuse septique ou CGD est un syndrome d'immunodéficience dû à la présence de mutations essentiellement de gp91phox, gène codant pour NOX2. En conséquence, les patients atteints de CGD souffrent d'infections récurrentes mettant en jeu leur pronostic vital. Associées à ces infections, des réactions inflammatoires exacerbées sont observées et ont un impact sur la morbidité. Dans cette étude, nous avons déterminé qu'une des origines possibles de l'inflammation en l'absence de NOX2 est le beta-glycan. Ces polymères de glucose, composés majoritaires de la paroi des champignons, induisent une inflammation qui ne peut se résoudre en l'absence de NOX2. Mais bien que l'hyperinflammation observée dans un modèle inflammatoire cutané chez les souris déficientes en Nox2 soit associée à de fortes quantités de TNF-alpha, l'augmentation de cette cytokine pro-inflammatoire n'est pas le principal médiateur les lésions inflammatoires induites par les beta-glycans et l'absence de Nox2. Le traitement des patients CGD par des bloqueurs du TNF-alpha ne semblent donc pas recommandés. D'un autre côté, il semble que les molécules capables de bloquer les effets des beta-glycans sont à considérer comme des cibles potentielles pour la recherche de molécules anti-inflammatoires spécifiques et le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques et préventives pour les patients CGD.