La LVNC est une cardiomyopathie rare, caractérisée par une hypertrabéculation et de profonds replis du ventricule gauche. A ce jour, nous ne savons toujours pas si la LVNC résulte d'un défaut se produisant durant le développement cardiaque et si sa gravité dépend du stade embryonnaire auquel l'arrêt de la compaction se produit. Notre objectif a été d'étudier l'évolution pathologique de la LVNC en caractérisant les défauts fonctionnels et en identifiant les mécanismes moléculaires dans des modèles de souris présentant un développement anormal des trabécules ventriculaires. Pour établir un modèle de LVNC, nous avons généré des souris KO conditionnel pour Nkx2.5 grâce au système Flox/loxP inductible par injection de tamoxifène qui active la recombinaison Cre. Nous avons ainsi supprimé l'allèle Nkx2.5 dans l'oreillette et les cardiomyocytes dérivant des trabécules. Nous avons choisi de sipprimé Nkx2.5 au stade embryonnaire E10 quand le trabécule s'accroît, au stade E14 quand il se compacte, ou juste après la naissance quand le cœur a terminé son processus de compaction. En résumé, nous avons réussi à générer différents modèles de LVNC, dans lesquelles nous avons pu étudier cette pathologie, en supprimant le facteur de transcription Nkx2.5 dans les oreillettes et les cardiomyocytes dérivés des trabécules. Nous avons également confirmé que la sévérité de la LVNC dépend du stade de développement du trabécule auquel le défaut se produit. Peu de publications décrivent à ce jour les mécanismes responsables de l'état inflammatoire observé dans la LVNC, nos résultats sont donc prometteurs pour de futures recherches dans cette voie. / LVNC is a rare cardiomyopathy, characterized by hypertrabeculation and deep trabecular recesses in the left ventricle. It is still unclear whether LVNC results from a defect occurring during cardiac development. One hypothesis to consider is that the severity of LVNC depends on which embryonic stage the arrest of myocardial compaction occurs. Our aim was to study the pathological evolution of LVNC by characterizing functional defects and identifying molecular mechanisms in mouse models with abnormal ventricular trabeculae development. To establish a LVNC mouse model, we generated specific Nkx2.5 conditional knockout mice to delete Nkx2.5 allele in atria and trabecular derived cardiomyocytes at embryonic stages when trabeculae arise (at around E10), or start to compact (at around E14), or at neonatal stages (after birth) when the heart is almost finish compaction step. After all, we were successful in generating several LVNC mouse models by the conditional deletion of Nkx2.5 transcription factor in atria and trabecular derived cardiomyocytes. These mouse models are suitable for studying LVNC pathology. We also confirmed the hypothesis that the severity of LVNC depends on stages when disturbances in the trabecular development occur. Hypertrabeculation, cardiac conduction defects, decreased ejection fraction, and existence of fibrosis are robustly observed following deletion at E10.5/11.5 meaning that the deletion at early stage of trabecular development causes the most severe pathological phenotype of LVNC. There had been just a few publications showing inflammation in LVNC heart, which could be a very good finding for future researches.

L’insuffisance cardiaque droite est la première cause de morbi-mortalité chez les patients atteints d’hypertension pulmonaire. Améliorer le phénotypage de l’adaptation du coeur droit en imagerie non-invasive est essentiel afin de mieux comprendre les mécanismes favorisant la transition d’un état adapté à un état maladapté.Le premier chapitre a démontré la fiabilité de l’échographie cardiaque pour la détection de l’hypertension pulmonaire, fournissant des conseils méthodologiques pratiques.Le second chapitre a permis d’identifier les indices télé-systoliques de remodelage du ventricule droit comme les plus puissants paramètres pronostiques en imagerie chez les patients atteints d’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), en association avec la classe NYHA et le taux de NT-proBNP.Le troisième chapitre est dédié à l’étude des biomarqueurs immunitaires en hypertension pulmonaire, en mettant en utilisant la méthode de phénotypage approfondi du coeur droit pour déterminer le profile circulant protéomique associé à la défaillance droite chez les patiens atteints d’HTAP. Cette étude a permis de montrer que des taux élevés plasmatiques d’hepatic growth factor, de nerve grwoth factor et de stem cell growth factor beta sont associés à la défaillance droite dans deux cohortes d’HTAP. Le rôle direct de ces biomarqueurs dans le ventricule droit reste à être élucidé. / Right heart failure is the major cause of morbi-mortality in patients with pulmonary hypertension (PH). Improving right heart adaptive phenotyping using non-invasive imaging is needed in order to better understand the transition from right ventricular (RV) adaptation to maladaptation in PH.The first chapter of this thesis has been dedicated to demonstrate the reliability of echocardiography to detect PH in patients with group 1 or 3 PH, providing methodology pearls and pitfalls.The second chapter has enabled to identify, among the multiple right heart non-invasive imaging metrics, RV end-systolic remodeling indices as the strongest prognostic biomarkers in patients with pulmonary arterial hypertension (PAH), combined with the NYHA class and NT-proBNP levels.The third chapter has explored the role of immune biomarkers in PH, providing a practical application of right heart deep phenotyping to determine the circulating immune proteomic profile associated with right heart failure in patients with PAH. This screening proteomics study has identified high plasmatic levels of hepatic growth factor, nerve growth factor and stem cell growth factor beta to be associated with right heart maladaptation in two cohorts with PAH. The role of these biomarkers within the right ventricle itself remains to be fully explored.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

La coordination des battements cardiaques est assurée par la propagation rapide de l’activité électrique dans le système de conduction ventriculaire (SCV). Etudier la formation du SCV est crucial pour comprendre l’origine des troubles de conduction de l’adulte. Au cours de l’embryogénèse le SCV est issu des trabécules, des projections myocardiques à la surface interne des ventricules. Les trabécules subissent une compaction avant la naissance qui est nécessaire à la maturation du myocarde. Des défauts au cours des étapes embryonnaires seraient en cause dans l’apparition d’une cardiomyopathie rare nommée Non-Compaction du Ventricule Gauche (LVNC). LVNC et troubles de conduction observés chez des patients et des souris mutantes sont associés au gène NKX2-5, qui code pour un facteur de transcription clé pour le développement du cœur.Mon premier objectif de thèse consiste à étudier le rôle de Nkx2-5 dans l’origine et l’évolution pathologique de la LVNC. Mon second objectif consiste à définir le rôle de Nkx2-5 au cours du développement trabéculaire et de la formation du SCV afin de comprendre l’origine de l’hypoplasie du SCV chez les souris Nkx2-5 hétérozygotes.Des systèmes génétiques complexes ont été utilisés pour induire la délétion de Nkx2-5 dans les trabécules à plusieurs étapes du développement et suivre le destin des trabécules afin d’établir la fenêtre de ségrégation du lignage conducteur. L’ensemble de mes résultats ont permis d’identifier les étapes clés du développement du SCV et un rôle majeur de Nkx2-5 afin de mieux appréhender les troubles de conduction. Enfin mes résultats ont mis en évidence une nouvelle cible potentielle pour des perspectives thérapeutiques. / The rapid propagation of electrical activity through the ventricular conduction system (VCS) controls the spatiotemporal contraction of the ventricles. A better understanding of VCS development is crucial to comprehend the etiology of conduction disturbances observed in adults. During embryogenesis, the VCS originates from ventricular trabeculae that are myocardial protrusions in the lumen of the ventricles. Before birth, trabeculae undergo a compaction step required for maturation of the myocardial wall. Impairment of these developmental steps can lead to the apparition of a rare cardiomyopathy referred as Left Ventricular Non-Compaction (LVNC). LVNC and conduction defects have been observed in patients and mutant mice carrying mutations in NKX2-5, encoding a key transcriptional regulator of heart development.The first objective of my thesis is to decipher the involvement of Nkx2-5 in the origin and pathological evolution of the LVNC. The second objective is to decipher the temporal requirement of Nkx2-5 during trabecular morphogenesis and VCS development and to understand the origin of the VCS hypoplasia observed in Nkx2-5 heterozygous mice. Complex genetic technics were used to induce the deletion of Nkx2-5 in ventricular trabeculae at different developmental time points and to trace the fate of trabeculae and establish the temporal window of the conductive lineage segregation during development.Altogether, my results identify key steps in the VCS development, demonstrate a crucial role of Nkx2-5 and contribute to improve understanding of conduction defects. Interestingly, my results potentially identify new target cells for therapeutic intervention.

L'objectif de cette thèse est d'étudier la désynchronisation pariétale en ciné-IRM conventionnelle. La première partie de notre travail a consisté à quantifier les mouvements de la paroi du ventricule gauche du coeur directement à partir de séquences de ciné-IRM standards, de type SSFP avec une synchronisation rétrospective, utilisées pour l'étude de la fonction cardiaque. Les méthodes développées pour mesurer les déplacements dans les images sont basées sur des techniques fréquentielles de flux optique. Ces techniques semblent particulièrement adaptées aux particularités des IRM. Nous montrons en effet leur robustesse en présence de bruit ricien et de variations d'intensité des pixels au cours du temps, variations généralement provoquées par les mouvements du coeur à travers le plan, notamment en coupe petit axe. La seconde partie de notre travail a porté sur l'évaluation de la désynchronisation en ciné-IRM en coupe petit axe. Des courbes d'évolution des déplacements et des vitesses de la paroi au cours du temps ont été obtenues par un suivi de points d'intérêt localisés sur les différents segments du ventricule gauche proches de l'endocarde. Pour calculer les délais entre ces courbes, nous nous sommes appuyés sur les études effectuées en échocardiographie et avons proposé différents paramètres de mesure de la désynchronisation pour l'IRM. Ce travail a fait l'objet d'une étude clinique préliminaire comprenant des coeurs considérés comme normaux suite à l'examen clinique et de coeurs de patients à QRS larges et fins ne présentant pas de cardiopathie ischémique. Les mesures de désynchronisation en IRM cardiaque ont été comparées aux mesures pratiquées en échocardiographie. Les premiers résultats indiquent une corrélation entre les mesures d'échographie et d'IRM. La troisième partie de notre travail a consisté à étudier les mouvements du coeur directement à partir des images brutes des antennes en IRM multicanaux. Les algorithmes de flux optique développés et testés pour ce type d'images ont montré qu'il était possible d'estimer les mouvements myocardiques. Les premiers résultats semblent encourageants. Les résultats de l'étude préliminaire de l'asynchronisme intraventriculaire gauche en IRM sont prometteurs. La ciné-IRM cardiaque pourrait être une alternative à l'échocardiographie notamment pour les patients faiblement échogènes. La validation de cette technique de quantification de l'asynchronisme en IRM est un enjeu important. Une étude plus approfondie est en cours, notamment pour prédire la réponse à la CRT de patients sans cardiopathie ischémique présentant une désynchronisation mécanique à partir des facteurs de mesures en IRM et en échographie.

La dysfonction ventriculaire gauche reste sous-diagnostiquée en pratique clinique actuelle car les paramètres conventionnels d’échographie ne sont pas suffisamment sensibles pour détecter des modifications fines de la fonction cardiaque. L’introduction récente de l’échocardiographie de suivi des marqueurs acoustiques (speckle tracking echocardiography) a permis par ses capacités descriptives de la mécanique cardiaque, de revisiter la contraction cardiaque et, de ce fait, de proposer une nouvelle approche échographique de l’évaluation de la fonction ventriculaire gauche.<p><p>A travers trois études, nous avons montré que l’analyse des indices de déformation permet d’objectiver des modifications de fonction ventriculaire gauche indétectables en échocardiographie conventionnelle dans des situations complexes à fraction d’éjection conservée, en dépit de l’augmentation modérée de la fréquence cardiaque qui leur est associée. Les situations que nous avons étudiées sont les suivantes :l’adaptation physiologique à l’hypoxie au niveau de la mer et en altitude, et les situations pathologiques que sont le syndrome de mal d’altitude chronique, et la cardiomyopathie associée à l’ataxie de Friedreich.<p><p>L’intégration de nos résultats et des informations disponibles dans la littérature permet de suggérer que l’utilisation de toutes les ressources offertes par l’échocardiographie de suivi des marqueurs acoustiques permet d’améliorer l’évaluation de la fonction cardiaque au-delà de la fraction d’éjection, en offrant une meilleure identification de situations pathologiques mais également une meilleure compréhension de situations physiologiques et pathologiques. <p><p>L’utilisation généralisée des indices de déformation pour l’évaluation de la fonction ventriculaire gauche en pratique clinique connaît néanmoins d’importantes limitations que nous abordons dans la discussion de ce travail. Au terme d’investigations complémentaires et de standardisation de la technique, l’incorporation d’un algorithme d’évaluation échographique de la fonction cardiaque à FEVG conservée combinant les paramètres échographiques conventionnels et les indices de déformation pourra être évalué de façon prospective pour sa translation en pratique clinique, avec pour finalité la proposition d’une définition mieux adaptée de l’insuffisance cardiaque à FEVG conservée.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les pathologies cardiovasculaires sont responsables d’un grand nombre de décès dans le monde aujourd’hui, dont plus de la moitié trouve son origine dans des anomalies rythmiques. Les phénomènes de dépolarisation et de repolarisation rythmiques des cardiomyocytes, à l’origine de l’activité contractile rythmique du myocarde, mettent en jeu des processus cellulaires consommateurs d’énergie et les mitochondries,. Dans cette thèse, la régulation de la fonction mitochondriale a été étudiée lors de l’induction d’arythmies ventriculaires sur coeurs isolés perfusés de rats. Les résultats montrent que l'évolution de la consommation d’oxygène du myocarde est un paramètre important dans la réponse aux arythmies. L’inhibition des myosines ATPases par la blebbistatine induit sur la durée une diminution de la susceptibilité vis-à-vis des arythmies. Les acteurs impliqués dans les différents types de réponses mitochondriales ont été caractérisés sur fibres perméabilisées. Nous montrons que la régulation de la fonction mitochondriale varie en fonction de la chambre cardiaque considérée. Les mesures de Km de la respiration mitochondriale, ainsi que l’étude des principaux mécanismes de transfert énergétiques, mettent en évidence des différences marquées entre les différentes chambres cardiaques. .Les résultats de nos travaux suggèrent que le remodelage myocardique observé en réponse aux modifications de charge, et/ou lors du développement des pathologies du myocarde sont susceptibles de favoriser la constitution d’un substrat arythmogène, propre à chaque chambre, et impliquant des perturbations des mécanismes de transfert énergétique. / Cardiovascular disease is the first cause of mortality in the whole world. Half of this mortality is due to heart failure, a progressive deterioration of cardiac contraction, which can be caused by electrical dyssynchrony. Implication of heart energetics on susceptibility to arrhythmia is therefore of particular interest to better understood the overall effect as well as the relative importance of the potential partners on developed pathologies. In this thesis, energetic regulation of mitochondria was studied in perfused hearts paced to induce arrhythmia. Myocardial oxygen consumption was shown as a crucial parameter in the response to rhythm troubles. Inhibitions of ATPase myofibrils by blebbistatin or AK-phosphotransfer by Ap5a did not produce same responses of mitochondrial compartment. When inhibited by Blebb, most of hearts presented less ectopic beats highlighting an anti-arrhythmic profile in this case of myofibrils inhibition. Energetic parameters involved in mitochondrial responses were characterized in skinned fibres. Mitochondria regulation was different between ventricle and atria, with a less sensitivity of mitochondria in atria compared to ventricle. Mechanisms of energy transfer between supply and demand were different between ventricle and atria. The role of AK-phosphotransfer was described as a determining parameter for atria energy maintenance, whereas ventricle presented a functional efficacy of CK pathway to regulate adenine nucleotide turnover. As suggested by these results, the role of adenylic nucleotides channeling could be considered as a mechanism used to counteract altered cardiac energetics that potentially sustained electrical pathologies.

Les maladies cardiovasculaires, qui restent l’une des premières causes de mortalité dans le monde, sont le résultat d’altérations interdépendantes de la structure et de la fonction cardiaque couplées aux effets aggravants des maladies métaboliques, du vieillissement et du mode de vie. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse est de proposer et de valider de nouveaux biomarqueurs quantitatifs en imagerie cardiaque, robustes et rapides, pour l’étude de la fonction et de la structure myocardiques ainsi que de leurs liens. Un premier travail a été consacré au développement d’une méthode d’évaluation de la fonction cardiaque, plus précisément de la cinétique de déformation du myocarde sur toutes les cavités cardiaques à partir d’images standards d’IRM ciné. La méthode développée s’est montrée reproductible avec une capacité diagnostique supérieure aux indices cliniques conventionnels. Elle était aussi capable de détecter des altérations cardiaques infra-cliniques liées à l’âge. Le second travail présenté est le développement d’une méthode de quantification de la graisse atriale, à partir d’images de scanner tomodensitométrique, suivi de son évaluation sur une cohorte de sujets sains et de sujets atteints de fibrillation atriale. Finalement, l’interaction entre les paramètres myocardiques structurels et fonctionnels a été étudiée au travers de la première validation chez l’homme de la littérature IRM de la fonction de déformation cardiaque, évaluée avec notre méthode, face à la quantification histologique du substrat tissulaire « graisse-fibrose ». / Cardiovascular diseases, which are still one of the leading causes of death worldwide, are the result of interdependent alterations of the heart structure and function coupled with the aggravating effects of metabolic diseases, aging and lifestyle. In this context, the goal of my thesis is to design and validate new, robust and fast cardiac imaging quantitative biomarkers to characterize myocardial function and structure as well as their relationships. A first work was focused on the development of a method to evaluate cardiac function, specifically myocardial deformation kinetics on all cardiac chambers from standard cine MRI images. The designed method was reproducible and its diagnostic ability was superior to conventional clinical indices. It was also able to detect subclinical age-related heart alterations. The aims of the second study were to develop a method for atrial fat quantification, based on CT images, and to evaluate it on a cohort of healthy subjects and patients with atrial fibrillation. Finally, the interaction between structural and functional myocardial indices was studied through the first in vivo validation in the MRI literature of cardiac deformation function, evaluated using our method, against histological quantification of the “fibro-fatty” tissue substrate.

Objectif : L'hypertension est associée à une hyperplasie cardiovasculaire, un taux de renouvellement cellulaire accéléré et une diminution de la longueur des télomères. Nous avons postulé que le renversement de l’hyperplasie par apoptose sélective observé avec les inhibiteurs du système rénine-angiotensine (iSRA) chez le rat spontanément hypertendu (SHR) est associé à une modulation de la longueur des télomères cardiovasculaires. Méthodes : La mesure relative du poids du ventricule gauche (VG) et son contenu en ADN ont été mesurés. Dans l’aorte, l’hypertrophie a été mesurée histologiquement et l’hyperplasie par décompte des cellules de muscle lisse (CML). La longueur des télomères (TRF) a été mesurée par immunobuvardage de type Southern. Ces mesures ont été effectuées chez des rats SHR traités avec un placebo, un iSRA (énalapril ou losartan) ou l'hydralazine pendant 21 jours, ainsi que chez les rats normotendus Wistar-Kyoto (WKY). Résultats : Les iSRA ont partiellement normalisé le contenu en ADN dans le VG et complètement normalisé le décompte cellulaire des CML dans l’aorte. Comparativement aux rats WKY, les SHR placebo ont montré un plus haut pourcentage de TRF courts dans le ventricule gauche (50,2% vs 64,6%; p<0,05) ainsi qu’une longueur moyenne des TRF plus courte (62,6 Kb vs 57,1Kb; p<0,05). Ces différences ont été abolies par l'énalapril et le losartan mais pas par l'hydralazine. Dans l’aorte, les résultats préliminaires n’ont pas révélé de différence significative. Ils suggèrent que les rats SHR-placebo ont des télomères plus longs que les rats WKY et que les inhibiteurs du SRA tendent à normaliser cette différence. Conclusion : Les iSRA ont normalisé la longueur des télomères dans le VG. Nous spéculons que les iSRA agissent comme agents sénolytiques et éliminent préférentiellement les fibroblastes cardiaques avec télomères courts. Dans l’aorte, d’autres études sont requises afin de confirmer une possible régulation différentielle spécifique à ce tissu. / Objective: Hypertension is associated with cardiovascular hyperplasia, an increased cell turnover and a decrease in telomere length. We postulated that the reversal of hyperplasia by selective apoptosis observed with renin-angiotensin inhibitors (RASi) in the spontaneously hypertensive rat (SHR) is associated with a modulation of cardiovascular telomere length. Methods: Relative weight of the left ventricle (LV) and its DNA content were measured. In the aorta, hypertrophy was measured histologically and hyperplasia was measured through smooth muscle cell (SMC) count. Telomere restriction fragment (TRF) length was measured using Southern blot. Those measures were taken on SHR treated with either a placebo, a RAS inhibitor (enalapril or losartan) or hydralazine for 21 days, as well as on Wistar-Kyoto (WKY) normotensive rats. Results: RAS inhibitors partially normalized DNA content in the LV and completely normalized the SMC count in the aorta. Comparatively to the WKY rats, SHR-placebo displayed a higher percentage of short TRF in the LV (50,2% vs 64,6%; p<0,05) as well as a shorter mean TRF length (62,6 Kb vs 57,1Kb; p<0,05). Those differences were eliminated by enalapril and losartan, but not with hydralazine. In the aorta, preliminary results did not yield to significant differences. They suggest that SHR-placebo have longer telomeres than WKY rats and that RAS inhibitors tend to normalize this difference. Conclusion: RAS inhibitors normalized telomere length in the LV. We speculate that RAS inhibitors act as senolytic agents and preferentially eliminate cardiac fibroblasts with short telomeres. In the aorta, more studies are required to confirm the possible differential regulation specific to this tissue.