VKORC1 est une enzyme membranaire du réticulum endoplasmique, responsable de la réduction de la vitamine K époxyde en vitamine K quinone, activant la synthèse des facteurs de coagulation. VKORC1 constitue ainsi une cible thérapeutique privilégiée des anticoagulants de type anti-vitamine K (AVKs). Cependant, certaines mutations de VKORC1 induisent une dérégulation physiologique et/ou une résistance aux AVKs. En l’absence de données structurales, plusieurs modèles topologiques de VKORC1 ont été proposés à partir des données biochimiques et biophysiques, fréquemment contradictoires. La topologie de VKORC1 ainsi que l'implication des résidus de cystéine (strictement conservés chez toutes les VKORs) dans le mécanisme enzymatique de la protéine restent incertaines. Nous avons construit, par des méthodes in silico, un modèle 3D de la VKORC1 humaine sauvage (hVKORC1WT) à l'échelle atomique. Des simulations de dynamique moléculaire de la protéine, en considérant tous les résidus de cystéine sous leur forme oxydée (SH), nous ont permis d'identifier les résidus de cystéine les plus susceptibles de former des ponts disulfures. Nous avons par conséquent décrit les conformations métastables de hVKORC1WT mimant les états fonctionnels de la protéine. L’étude de la reconnaissance des formes époxyde et réduites de la vitamine K par les conformations prédites de hVKORC1WT a mis en évidence leur sélectivité réciproque. Les conformations de hVKORC1WT ciblées par chaque forme de la vitamine K et leur rôle dans le mécanisme de réduction de la molécule ont ainsi été caractérisés. Nous avons postulé à partir de ces résultats le mécanisme enzymatique détaillé de hVKORC1WT et proposé la structure-cible des AVKs. Les interactions entre la cible prédite - hVKORC1WT à l'état actif - et trois AVKs différents ont été décrites en termes d’énergie libre de liaison. Ces résultats ont été corrélés avec les constantes d'inhibition mesurées in vivo, validant nos prédictions théoriques. Notre protocole, développé pour hVKORC1WT, est applicable aux formes mutées de l’enzyme. Il permettra la description des mécanismes modifiant l'activité réductase de hVKORC1 et/ou provoquant une résistance aux AVKs. Cette description ouvre la voie à la conception d'une nouvelle génération d'inhibiteurs surmontant les résistances aux AVKs. Notre concept et le protocole établi pour l’étude de hVKORC1 peuvent être étendus à l'analyse des VKORs mammaliennes et aux autres enzymes de la famille des oxydoréductases. / VKORC1 is an endoplasmic reticulum membrane-resident enzyme, responsible for vitamin K epoxide reduction to vitamin K quinone that activates coagulation factors synthesis. VKORC1 is thus a prominent target of vitamin K agonists (VKAs) in anticoagulant therapies. However, some VKORC1 mutations lead to physiological dysregulation and/or VKAs resistance. No VKORC1 structural data is available, and postulated topological models are based on biochemical and biophysical experimental observations frequently contradicting. Topology of VKORC1 and involvement of cysteines residues (highly conserved in VKORs) in the protein enzymatic mechanism remain unclear. We built an in silico 3D model of the wild-type human VKORC1 (hVKORC1WT) at the atomistic scale. Molecular dynamics simulations of the protein model, carrying all the cysteines residues in their oxidized form (SH), were used for identification of cysteines residues which may plausibly form disulfide bridges. We thus described hVKORC1WT metastable conformations depicting the functionally relevant states of protein. Study of the vitamin K (in epoxide and in reduced forms) recognition by the predicted conformations of hVKORC1WT revealed their reciprocal selectivity. The hVKORC1WT conformations targeted by each vitamin K form were established and their role in the reduction mechanism of this molecule was explained. Using our results, we postulated the comprehensive enzymatic mechanism of hVKORC1WT and we proposed the 3D structure as the VKAs target. Interactions between the predicted target - hVKORC1WT active state - and three different VKAs were characterized. The obtained affinities (free binding energy) were in good correlation with in vivo measured inhibition constants (Ki), thus validating our theoretical predictions. Our protocol developed for hVKORC1WT is suitable for a study of its mutants. Description of the enzymatic mechanisms of mutated hVKORC1 will lead to understanding of the modified reductase activity or/and to explaining of its resistance to VKAs. Such data are crucial for the development of novel strategies in the design of a new generation of inhibitors overcoming VKAs resistance. Our concept and the established in silico protocol can be extended to analysis of mammalian VKORs and other oxidoreductases family proteins.

La Vitamine K (VK) est largement reconnue pour son rôle dans la coagulation sanguine toutefois, de plus en plus de travaux indiquent son implication dans la fonction cérébrale. La VK est requise pour l'activation de différentes protéines, par exemple la protéine Gas6, et la ménaquinone-4 (MK-4), le principal vitamère K dans le cerveau, est impliquée dans le métabolisme des sphingolipides. Dans un rapport précédent, nous avons montré qu'un régime alimentaire faible en VK tout au long de la vie était associé à des déficits cognitifs chez des rats âgés. La warfarine sodique est un puissant antagoniste de la VK qui agit en bloquant le cycle de la VK, provoquant un «déficit relatif de VK » au niveau cellulaire. À la lumière du rôle émergent de la VK dans le cerveau, la warfarine pourrait représenter un facteur de risque pour la fonction cérébrale. Ce travail est donc pertinente en raison de la forte proportion d'adultes traîtés à la warfarine sodique. Dans la présente étude, 14 rats mâles Wistar ont été traités avec 14 mg de warfarine/kg /jour (dans l'eau potable) et des injections sous-cutanées de VK (85 mg/kg), 3x/sem, pendant 10 semaines. Quatorze rats témoins ont été traités avec de l'eau normale et injectés avec une solution saline. Les rats ont été soumis à différents tests comportementaux après quoi les niveaux de phylloquinone, MK-4, sphingolipides (cérébroside, sulfatide, sphingomyéline, céramide et gangliosides), et les sous-types de gangliosides (GT1b, GD1a, GM1, GD1b), ont été évalués dans différentes régions du cerveau. Comparativement aux rats du groupe contrôle, les rats traités à la warfarine présentaient des latences plus longues au test de la piscine de Morris (p <0,05) ainsi qu'une hypoactivité et un comportement exploratoire plus faible au test de « l’open field » (p <0,05). Le traitement par warfarine a également entraîné une diminution spectaculaire du niveau de MK-4 dans toutes les régions du cerveau (p <0,001), une altération des concentrations de sphingolipidiques, en particulier dans le cortex frontal et le mésencéphale (p <0,05), et une perte de différences régionales sphingolipidiques, notamment pour les gangliosides. Le traitement par warfarine a été associé à un niveau inférieur de GD1a dans l'hippocampe et un niveau supérieur de GT1b dans le cortex préfrontal et le striatum. En conclusion, la déficience en VK induite par warfarine altère les niveaux de VK et sphingolipides dans le cerveau, avec de potentiels effets néfastes sur les fonctions cérébrales. / Vitamin K (VK) is widely known for its role in blood coagulation, however many studies suggest its involvement in brain function. VK is required for the activation of various cerebral proteins (e.g., Gas6) and menaquinone-4 (MK-4), the main K vitamer in brain, is involved in sphingolipid metabolism. Furthermore, life-long intake of a low VK diet has been associated with cognitive deficits in old rats. Warfarin (W) is a potent VK antagonist that acts by blocking the VK cycle causing a “relative VK deficiency” at the cellular level. In light of this and the emerging role of VK in brain, W could represent a risk factor for cerebral function. The finding of this study is important according to the large proportion of adults with thromboembolic diseases being treated with warfarin drugs. This study was conducted in a rat model where the impact of W was investigated with respect to cognition, behavior, and brain menaquinone-4 (MK-4) and sphingolipid status. Fourteen Wistar male rats were treated with 15 mg W/kg/d (in drinking water) and subcutaneous VK (85 mg/kg), 3X/wk, for 10 wks; 14 control rats were treated with normal water and injected with saline. At the end of the treatment period, rats were subjected to different behavioral tests, afterwhich their brains assessed for VK (phylloquinone and MK-4) and sphingolipids (gangliosides, ceramides, cerebrosides, sphingomyelin and sulfatides) and gangliosides subtypes (GT1b, GD1a, GM1, GD1b). Mean latencies to find the hidden platform were higher in the W compared to the control group (p<0.05) suggesting cognitive deficits as well as hypoactivity and lower exploratory behaviour in the open field test (p<0.05). Warfarin treatment also resulted in a dramatic decrease in MK-4 concentration in all brain regions (p<0.001), altered sphingolipid level, especially in frontal cortex and midbrain (p<0.05), and in a loss of sphingolipid regional differences, notably for gangliosides. W treatment was associated with lower GD1a in the hippocampus and higher GT1b in the striatum and prefrontal cortex. In conclusion, warfarin-induced VK deficiency alters VK and sphingolipid status in brain with potential detrimental effects on brain functions.

La Vitamine K (VK) est largement reconnue pour son rôle dans la coagulation sanguine toutefois, de plus en plus de travaux indiquent son implication dans la fonction cérébrale. La VK est requise pour l'activation de différentes protéines, par exemple la protéine Gas6, et la ménaquinone-4 (MK-4), le principal vitamère K dans le cerveau, est impliquée dans le métabolisme des sphingolipides. Dans un rapport précédent, nous avons montré qu'un régime alimentaire faible en VK tout au long de la vie était associé à des déficits cognitifs chez des rats âgés. La warfarine sodique est un puissant antagoniste de la VK qui agit en bloquant le cycle de la VK, provoquant un «déficit relatif de VK » au niveau cellulaire. À la lumière du rôle émergent de la VK dans le cerveau, la warfarine pourrait représenter un facteur de risque pour la fonction cérébrale. Ce travail est donc pertinente en raison de la forte proportion d'adultes traîtés à la warfarine sodique. Dans la présente étude, 14 rats mâles Wistar ont été traités avec 14 mg de warfarine/kg /jour (dans l'eau potable) et des injections sous-cutanées de VK (85 mg/kg), 3x/sem, pendant 10 semaines. Quatorze rats témoins ont été traités avec de l'eau normale et injectés avec une solution saline. Les rats ont été soumis à différents tests comportementaux après quoi les niveaux de phylloquinone, MK-4, sphingolipides (cérébroside, sulfatide, sphingomyéline, céramide et gangliosides), et les sous-types de gangliosides (GT1b, GD1a, GM1, GD1b), ont été évalués dans différentes régions du cerveau. Comparativement aux rats du groupe contrôle, les rats traités à la warfarine présentaient des latences plus longues au test de la piscine de Morris (p <0,05) ainsi qu'une hypoactivité et un comportement exploratoire plus faible au test de « l’open field » (p <0,05). Le traitement par warfarine a également entraîné une diminution spectaculaire du niveau de MK-4 dans toutes les régions du cerveau (p <0,001), une altération des concentrations de sphingolipidiques, en particulier dans le cortex frontal et le mésencéphale (p <0,05), et une perte de différences régionales sphingolipidiques, notamment pour les gangliosides. Le traitement par warfarine a été associé à un niveau inférieur de GD1a dans l'hippocampe et un niveau supérieur de GT1b dans le cortex préfrontal et le striatum. En conclusion, la déficience en VK induite par warfarine altère les niveaux de VK et sphingolipides dans le cerveau, avec de potentiels effets néfastes sur les fonctions cérébrales. / Vitamin K (VK) is widely known for its role in blood coagulation, however many studies suggest its involvement in brain function. VK is required for the activation of various cerebral proteins (e.g., Gas6) and menaquinone-4 (MK-4), the main K vitamer in brain, is involved in sphingolipid metabolism. Furthermore, life-long intake of a low VK diet has been associated with cognitive deficits in old rats. Warfarin (W) is a potent VK antagonist that acts by blocking the VK cycle causing a “relative VK deficiency” at the cellular level. In light of this and the emerging role of VK in brain, W could represent a risk factor for cerebral function. The finding of this study is important according to the large proportion of adults with thromboembolic diseases being treated with warfarin drugs. This study was conducted in a rat model where the impact of W was investigated with respect to cognition, behavior, and brain menaquinone-4 (MK-4) and sphingolipid status. Fourteen Wistar male rats were treated with 15 mg W/kg/d (in drinking water) and subcutaneous VK (85 mg/kg), 3X/wk, for 10 wks; 14 control rats were treated with normal water and injected with saline. At the end of the treatment period, rats were subjected to different behavioral tests, afterwhich their brains assessed for VK (phylloquinone and MK-4) and sphingolipids (gangliosides, ceramides, cerebrosides, sphingomyelin and sulfatides) and gangliosides subtypes (GT1b, GD1a, GM1, GD1b). Mean latencies to find the hidden platform were higher in the W compared to the control group (p<0.05) suggesting cognitive deficits as well as hypoactivity and lower exploratory behaviour in the open field test (p<0.05). Warfarin treatment also resulted in a dramatic decrease in MK-4 concentration in all brain regions (p<0.001), altered sphingolipid level, especially in frontal cortex and midbrain (p<0.05), and in a loss of sphingolipid regional differences, notably for gangliosides. W treatment was associated with lower GD1a in the hippocampus and higher GT1b in the striatum and prefrontal cortex. In conclusion, warfarin-induced VK deficiency alters VK and sphingolipid status in brain with potential detrimental effects on brain functions.

La vitamine K permet l’activation biologique de 14 protéines identifiées à ce jour et qualifiées de vitamines K dépendantes (PVKD). Un recyclage très efficient de la vitamine K par l’enzyme VKORC1 permet d’en limiter grandement les besoins nutritionnels. Chez certaines personnes, une subcarence pourrait exister et contribuer au développement de calcifications de la média des parois vasculaires et augmenter ainsi le facteur de risque cardio-vasculaire. Ce type de calcification est retrouvé chez les personnes hémodialysées, présentant un diabète ou tout simplement au cours du vieillissement. Le lien entre cette subcarence et les calcifications vasculaires est difficilement étudiable chez l’Homme du fait d’une évolution lente et d’effets pouvant être masqués par d’autres facteurs environnementaux. Pour pouvoir étudier directement ce phénomène, un modèle murin a été développé et caractérisé. Les rats développés dans de ce modèle ont des besoins fortement augmentés en vitamine K du fait d’un recyclage fortement altéré. Après 12 semaines d’administration déficient en vitamine K, les rats mâles présentaient des calcifications vasculaires médiales importantes de l’aorte, des poumons, des testicules et du cœur. La coagulation est maintenue bien qu’une diminution de l’activité des facteurs de la coagulation vitamine K dépendants soit observée. La matrix-gla-protéine tissulaire ainsi que l’ostéocalcine plasmatique sont retrouvées accumulées sous leur forme inactive. Dans le même temps, la concentration en vitamine K tissulaire est très fortement diminuée. Ces résultats ne sont pas observés chez les rats non mutés subcarencés ni chez les rats mutés non-subcarencé. Ce travail permet pour la première fois de montrer l’existence d’un lien fort entre subcarence en vitamine K et calcifications vasculaires. Ce modèle de subcarence pourrait servir à une meilleure compréhension du rôle des différentes PVKD extra-hépatiques. Il constitue également un modèle de choix pour l’étude des calcifications médiales et de leurs évolutions / Vitamin K allows the biological activation of 14 proteins identified to date and called K-dependent vitamins (PVKD). A highly efficient recycling of vitamin K by the enzyme VKORC1 greatly limits the nutritional requirements. In some people, subcarence may exist and contribute to the development of vascular wall medial calcification and thus increase the cardiovascular risk factor. This type of calcification is found in people with hemodialysis, diabetes or simply during aging. The link between this subcarence and vascular calcification is difficult to study in humans because of a slow evolution and effects that can be masked by other environmental factors. To study this phenomenon directly, a murine model has been developed and characterized. The rats developed in this model have a greatly increased need for vitamin K because of a highly altered recycling. After 12 weeks of vitamin K deficiency, male rats had significant medial vascular calcification of the aorta, lungs, testes and heart. Coagulation is maintained although a decrease in activity of vitamin K-dependent coagulation factors is observed. Matrix-gla-tissue protein as well as plasma osteocalcin are found accumulated in their inactive form. At the same time, the concentration of tissue vitamin K is greatly reduced. These results are not observed in the non-mutated subcarenated rats nor in the non-subcarated mutated rats. This work allows for the first time to show the existence of a strong link between vitamin K subcarence and vascular calcifications. This subcarency model could be used to better understand the role of the different extrahepatic PVKDs. It is also a model of choice for the study of medial calcifications and their evolution

Gas6 est une protéine sécrétée gamma-carboxylée de façon dépendante à la vitamine K et fonctionne comme un ligand pour les récepteurs tyrosine kinase de la famille TAM : TYRO3, AXL et MERTK. Plusieurs études chez l’humain suggèrent un rôle potentiel de Gas6 dans la résistance à l’insuline et l’obésité. Cependant, le mécanisme par lequel Gas6 influence la sensibilité à l’insuline est toujours inconnu. Selon nos résultats préliminaires, nous avons posé l’hypothèse que GAS6 régule la sensibilité à l’insuline dans le muscle et le tissu adipeux via son interaction avec ses récepteurs à la surface des cellules. Méthodes et résultats : Nous avons observé qu’Axl est le récepteur de Gas6 le plus exprimé dans les adipocytes et les myocytes. De plus, nous avons déterminé qu’AXL et sa cible AKT sont phosphorylés dans les C2C12 différenciées suivant une stimulation avec la protéine Gas6 recombinante. Également, ces événements de phosphorylation sont inhibés par la molécule LDC1267, un inhibiteur des récepteurs TAM. Ensuite, les souris Gas6-/- montrent une augmentation de la tolérance au glucose et de la sensibilité à l’insuline. En contraste, les souris transgéniques surexprimant Gas6 présentent une résistance à l’insuline en comparaison avec les souris de type sauvages. Pour investiguer en profondeur les événements moléculaires en aval de Gas6 et ses récepteurs, nous avons caractérisé le transcriptome dépendant de la signalisation Gas6-récepteurs TAM dans les myotubes en utilisant une expérience de séquençage d’ARN. De façon intéressante, nous avons identifié que plusieurs molécules cibles de la signalisation de l’insuline sont modifiées par Gas6. Ensemble, ces résultats supportent la notion que Gas6 est impliqué dans la régulation de la sensibilité à l’insuline in vivo. Cette fonction se produit lors de son interaction avec au moins un de ses récepteurs, soit Axl, à la surface des myotubes. / Introduction: Gas6 is a secreted protein which is gamma-carboxylated in a vitamin K dependent manner and functions as ligand for the TAM family of receptor tyrosine kinases: TYRO3, AXL and MERTK. A few studies in humans suggest a potential role for Gas6 in insulin resistance and obesity. Nevertheless, the mechanisms by which Gas6 influences insulin resistance remain unknown. Based on our preliminary data, we hypothesized that Gas6 regulates insulin sensitivity in muscle and adipose tissue through its interaction with its receptors. Methods and Results: We observed that Axl is the most highly expressed Gas6 receptor in adipocytes and myocytes. Moreover, we found that Axl and its downstream target AKT are phosphorylated in C2C12 myotubes following stimulation with recombinant Gas6. Importantly, these phosphorylation events are abrogated when cells where pre-treated with LDC1267, a TAM pharmacological inhibitors. In addition, Gas6-/- mice display an improved glucose tolerance, associated with increased insulin sensitivity when compared to wild-type mice. In contrast, Gas6 transgenic mice characterized by increased circulating Gas6 levels (ApoE-Gas6 Tg) have reduced insulin sensitivity. To further investigate the molecular events downstream of Gas6 and of its receptor in muscle cells, we characterized the Gas6/Axl-dependent transcriptome in myotubes using RNAseq. Interestingly, we found that key regulators of the insulin signaling pathway were modulated by Gas6 and Axl. Conclusion and Relevance: Together, these results support the notion that Gas6 is implicated in the regulation of insulin sensitivity in vivo. This function of Gas6 occurs through its interaction with Axl at the surface of myocytes.

L’apport en vitamine K a été identifié comme un facteur influençant la stabilité de l’anticoagulothérapie à long terme. Des études cliniques ont montré que les patients recevant un supplément de vitamine K (100 à 150 μg/jour) bénéficiaient d’une amélioration de la stabilité de l’anticoagulothérapie. Dans le but de vérifier si un effet bénéfique similaire peut être obtenu grâce à une augmentation de l’apport de vitamine K à partir de la diète, un essai contrôlé randomisé de 24 semaines a été mené. Les patients randomisés dans le groupe d’intervention ont participé à des ateliers proposant des recommandations nutritionnelles afin d’augmenter leur apport en vitamine K d’au moins 150 μg/jour. Les patients du groupe contrôle ont participé à des ateliers distincts recommandant une alimentation équilibrée. La stabilité de l’anticoagulothérapie a été définie par le pourcentage de temps passé dans la fenêtre thérapeutique (TTR≥70%) entre les semaines 4 et 24. L’analyse basée sur l’intention de traitement a montré que le pourcentage des participants qui répondaient aux critères de stabilité à l’anticoagulation étaient 44,4% et 27,3% pour le groupe d’intervention et le groupe contrôle, respectivement (p=0,22). L’analyse conforme au protocole a accentué la différence entre les groupes intervention et contrôle (52,2% et 27,3%, respectivement (p=0,088)). Les deux analyses ont montré que l’apport moyen de vitamine K calculé entre les semaines 6 et 24 était supérieur dans le groupe d’intervention par rapport au groupe contrôle (p=0,001). Cette étude tend à appuyer l’hypothèse selon laquelle un apport quotidien élevé de vitamine K améliore la stabilité de l’anticoagulothérapie. / Vitamin K intake has emerged as an important factor in influencing the stability of long-term anticoagulation therapy. Clinical trials have shown that patients receiving a vitamin K supplement (100 - 150 μg/d) present improvements in the stability of their anticoagulant therapy. Thus, a 24-week randomized controlled trial was conducted to verify whether similar beneficial effects could be achieved by increasing daily vitamin K intake through the diet. Patients randomly assigned to the intervention group attended workshops that provided dietary counsel to increase their vitamin K intake by ≥ 150 μg/day. Patients in the control group participated in distinct workshops providing general advice on a balanced diet. The stability of anticoagulation therapy was defined as the percentage of time spent in the therapeutic range (TTR ≥ 70%) during weeks 4 through 24 of the experimental period. Intention to treat analysis showed that the percentage of participants who benefited from an improvement in the stability of anticoagulation therapy was greater in the intervention group than the control group (44.4% vs 27.3% respectively; p=0.22). Per protocol analysis accentuated the difference between groups i.e. 52.2% vs 27.3% in intervention and control group respectively (p=0.088). Both analyses showed that the mean vitamin K intake calculated during weeks 6 through 24 was higher in the intervention than in the control group (p=0.001). The study tends to support the hypothesis that a high daily vitamin K intake improves the anticoagulation stability of warfarin-treated patients.

La vitamine K est reconnue pour son rôle dans la coagulation sanguine. Les apports alimentaires de cette vitamine influencent la stabilité de l’anticoagulothérapie à la warfarine sodique. Une intervention visant à augmenter de ≥ 150 μg/j les apports alimentaires de vitamine K a été développée au sein du laboratoire de Guylaine Ferland. Les données préliminaires d’un essai clinique randomisé contrôlé de 24 semaines ont montré que les participants ayant suivi la stratégie alimentaire portant sur la vitamine K ont présenté une anticoagulothérapie plus stable, comparativement aux participants du groupe témoin. Cette stratégie a été décrite afin de fournir les informations nécessaires à son application en pratique clinique. Les anticoagulants demeurent des piliers dans la prévention des évènements thrombotiques notamment chez certaines personnes atteintes de maladies cardiovasculaires (MCV). Parmi les MCV, les maladies du coeur [particulièrement la maladie coronarienne (MC)] sont les plus répandues. La MC peut accélérer le développement de troubles cognitifs avec l’âge, et ce déclin cognitif relève en grande partie de l’atteinte vasculaire sous-jacente. La vitamine K constitue un nutriment d’intérêt pour le système vasculaire et la cognition au cours du vieillissement et aurait le potentiel d'atténuer les effets néfastes de la MC sur le cerveau. Une étude pilote d’intervention de 12 semaines examinant l’impact d’un supplément de 500 μg/j de vitamine K sur les fonctions cognitives et vasculaires d’individus atteints de MC stable a été développée. Ce projet a été implanté à l’Institut de Cardiologie de Montréal en mai 2022, et à ce jour, quatre participants ont complété l’intervention. À terme, cette étude permettra d’obtenir une évaluation préliminaire des bénéfices associés à la supplémentation de vitamine K sur la cognition et à recueillir des preuves suffisantes justifiant la planification d’une étude de plus grande envergure au sein de cette population. / Vitamin K is known for its role in blood coagulation. Dietary intakes of this vitamin influence the stability of warfarin anticoagulation therapy. An intervention aiming to increase dietary vitamin K intakes by ≥ 150 μg/d was developed in Guylaine Ferland's laboratory. Preliminary data from a 24-week randomized controlled trial showed that participants who followed the vitamin K dietary strategy had more stable anticoagulation therapy compared to participants in the control group. This strategy was described to provide the necessary information for its application in clinical practice. Anticoagulants remain mainstays in the prevention of thrombotic events notably in certain people with cardiovascular disease (CVD). Among CVD, heart disease [particularly coronary heart disease (CHD)] is the most prevalent. Coronary heart disease can accelerate the development of cognitive impairment with age, and this cognitive decline is largely a consequence of the underlying vascular impairment. Vitamin K is a nutrient of interest for the vascular and nervous systems during aging, and has the potential to mitigate the adverse effects of CHD on the brain. A 12-week pilot study examining the impact of a 500 μg/d vitamin K supplement on cognitive and vascular functions in individuals with stable CHD was developed. This project was implemented at the Montreal Heart Institute in May 2022, and to date, four participants have completed the intervention. This study will provide a preliminary assessment of the benefits associated with vitamin K supplementation on cognition and provide sufficient evidence to justify the planning of a larger study in this population.

Les déficiences en vitamines liposolubles sont fréquentes chez les patients atteints de la fibrose kystique (FK), mais la fréquence et les implications cliniques d’un déficit en vitamine K sont peu documentées. L’objectif de cette étude était d’évaluer les déficiences en vitamines liposolubles des patients adultes atteints de la FK et d’examiner les associations entre la concentration sérique de la vitamine K1 et le statut nutritionnel, la fonction pulmonaire et la tolérance au glucose. Nous avons effectué une étude transversale chez des patients adultes (≥ 18 ans, n =168) atteints de la FK. Les concentrations sériques de vitamine K1 ont été mesurées par chromatographie liquide à haute performance (HPLC) sur les prélèvements à jeun, obtenus lors du test d’hyperglycémie provoquée par voie orale (HPGO) visant à dépister le diabète associé à la FK. Les patients ont été classés selon leur taux de vitamine K1 (sous-optimal défini comme < 0,30 nmol/L). Des taux sanguins sous-optimaux de vitamine K1 ont été observés chez 66 % des patients atteints de la FK. Les patients ayant un statut sous-optimal en vitamine K1 ont un risque plus élevé de colonisation par la bactérie Pseudomonas aeruginosa, un indice de masse corporelle (IMC) plus bas et sont plus susceptibles d'avoir une insuffisance pancréatique exocrine. Une régression multivariée n'a pas réussi à démontrer des relations significatives entre les variables cliniques et les niveaux de vitamine K1 transformés en log. En utilisant un seuil pour la vitamine K1, nous avons montré des mesures réduites de la sécrétion d'insuline chez les patients ayant un statut en vitamine K1 inférieur à 0,30 nmol/L. Une association claire entre un statut sous-optimal en vitamine K1 et les mesures de la dysglycémie et de la sécrétion d'insuline n’a pas pu être démontrée. Nous soulignons les associations potentielles d'une carence légère en vitamine K avec une colonisation par la bactérie Pseudomonas et un IMC plus bas, bien que celles-ci doivent être validées dans des études prospectives. Ce mémoire contribue à l’amélioration des connaissances sur le statut en vitamine K chez les adultes atteints de la FK. / Patients with Cystic Fibrosis (CF) are at high risk of fat-soluble vitamin deficiencies, even with supplementation. The contribution of fat-soluble deficiencies to respiratory and endocrine pathophysiology in CF has been inadequately characterized. The aim of this observational study was to assess vitamin deficiencies in adult patients with CF, in the Montreal Cystic Fibrosis Cohort (MCFC). In particular, given the lack of evidence around the impact of vitamin K in CF, the purpose was to look at how vitamin K1 related to CF-related diabetes (CFRD) and whether there was a negative association between a suboptimal vitamin K1 status and measures of dysglycemia. We performed a cross-sectional study with baseline data from adult patients with CF (≥ 18 years old, n = 168). Serum vitamin K1 was measured with high performance liquid chromatography (HPLC) on fasting samples from an oral glucose tolerance test (OGTT) used for CFRD screening. Patients were categorized according to vitamin K levels (suboptimal defined as <0.30 nmol/L). Suboptimal vitamin K1 levels were observed in 66 % of patients. Patients with a suboptimal vitamin K1 status have a higher risk of colonization with Pseudomonas aeruginosa, lower BMI and were more likely to have exocrine pancreatic insufficiency. Multivariate regression failed to demonstrate significant relationships between clinical variables and log-transformed vitamin K1 levels. Using an established threshold for vitamin K1, we did show reduced OGTT-derived measures of insulin secretion in patients with a vitamin K1 status below 0.30 nmol/L. We failed to demonstrate a clear association between a suboptimal vitamin K status and measures of dysglycemia and insulin secretion. We highlight the potential associations of mild vitamin K deficiency with pseudomonal colonization and lower BMI, although these need to be validated in prospective studies. This study contributes to improving knowledge on vitamin K status in patients with CF.

De plus en plus d’études montrent un lien entre la teneur en vitamine K (VK) dans l’organisme et la cognition. Certaines études effectuées in vitro on montré l’effet de la VK au niveau moléculaire, mais très peu in vivo. Une étude récente de Tamadon-Nejad a montré qu’un traitement de 14mg/kg/jr de warfarine, un antagoniste de la VK, administré simultanément à des injections sous-cutanées de 85mg/kg/jr de phylloquinone entrainait une diminution significative de la concentration de MK-4 du cerveau, résultant en une diminution significative du statut vitaminique K au cerveau, une altération de la cognition, du comportement exploratoire et de la locomotion [1]. Dans la présente étude, le traitement de Tamadon-Nejad a été modifié et les doses de phylloquinone ont été augmentées à 120mg/kg/jr (WVK) ce qui a maintenu une diminution significative de la concentration de la concentration de MK-4 dans le cerveau, mais a entrainé une surcompensation par la phylloquinone, résultant en une augmentation significative du statut vitaminique K au cerveau. Ce statut a été associé à une mémoire de reconnaissance intacte et corrélé à une amélioration de la mémoire spatiale des rats WVK. Le traitement a aussi été associé à une augmentation significative de l’anxiété et au rétablissement du comportement exploratoire et de la locomotion des rats WVK comparativement à l’étude de Tamadon-Nejad [1]. Dans l’hippocampe des rats WVK, l’amélioration de la cognition et le rehaussement du statut vitaminique K du cerveau n'ont pas induit de variation significative de l’activation des protéines dépendantes de la VK Gas6 et Protéine S, mais ont été associés à une augmentation significative de l’activation de la voie MAPK, à une inhibition de l’apoptose et à une présence accrue de la microglie. En somme, cette étude confirme le rôle modulateur de la VK dans le cerveau sur la cognition et la survie cellulaire. / There is growing evidence that vitamin K (VK) plays a role in cognition. Some in vitro studies have shown how VK affects different molecular pathways in brain cells, but few in vivo studies have been conducted. Recently, a study from Tamadon- Nejad showed that a treatment of 14mg/kg/d of warfarine, a VK antagonist, given simultaneously with subcutaneous injections of 85mg/kg/d lead to a significant decrease in MK-4 concentration in brain, resulting in a significant decrease of VK status in brain, and perturbation in cognition, exploratory behaviour and locomotion [1]. In the present study, we modified the treatment used in Tamadon-Nejad and increased the phylloquinone doses to 120mg/kg/d which maintained the significant decrease in MK-4 concentration in brain, but lead to an overcompensation of phylloquinone that resulted in an increase of VK status in brain. This status was associated with an intact recognition memory and correlated with an improvement in spatial memory of WVK rats. The treatment was also associated with a significant increase in anxiety and recovery of exploratory behavior and locomotion compared to rats in the Tamadon-Nejad study [1]. In WVK rat hippocampi, cognition improvement and increased VK status were not associated with significant variation in VK dependant proteins (VKDP) Gas6 and Protein S activation, but were associated with an increase in the MAPK activation pathway, an inhibition of apoptosis and, an increased presence of microglia. In summary, this study confirms the modulatory role of VK in brain in cognition and cell survival.

A ce jour, les anticoagulants commerciaux souffrent de deux inconvénients majeurs : leur rémanence avec, pour certains d’entre eux, une demi-vie hépatique proche des 300 jours causant des intoxications secondaires sur les prédateurs des rongeurs, ainsi que le développement de nombreuses mutations génétiques causé par l’utilisation intensive de ces composés, rendant inopérant l’utilisation de certains AVKs commerciaux. Face à ce constat, l’Union Européenne envisage d’interdire l’utilisation de tels composés. La mission prioritaire est donc de trouver un anticoagulant capable de gérer les populations de rongeurs sans affecter leurs prédateurs. Les recherches mises en avant par Adrien Montagut (Thèse 2011-2014) ont permis d’aboutir à une structure type d’anticoagulants, dérivés de la 4-hydroxycoumarine. Actuellement, AMR361 a été testé in vitro sur l’ensemble des mutations de VKORC1 et in vivo sur rats sauvages, et constitue le premier AVK développé qui répond à l’ensemble des caractéristiques du cahier des charges initial. La première partie de mon projet de thèse consistait à compléter l’étude biologique sur le noyau 4-hydroxycoumarine en amenant de la diversité fonctionnelle sur la position para du noyau aromatique. D’un point de vue biologique, l’allongement du bras espaceur sur la chaîne latérale par l’utilisation de fonctions telles que les amides ou amides inversés ou l’introduction d’un groupement diméthyle sur le pont méthylène ont été étudiés afin d’analyser les paramètres d’efficacité et de rémanence. Cependant, la plupart des composés synthétisés appartenant à la famille des 4-hydroxycoumarines font déjà l’objet d’un brevet déposé par l’entreprise Liphatech en 1999. L’étude de nouveaux noyaux, dont certains sont analogues à la 4-hydroxycoumarine, de même que la fonctionnalisation du noyau 4-hydroxycoumarine sur la partie aromatique, a permis l’accès à des structures plus diverses. Ces perspectives originales pour l’innovation ont été introduites pour contourner les brevets déjà existants. / To date, commercial anticoagulants suffer from two major inconveniences: their persistence causing secondary poisoning of rodent predators and the development of many genetic mutations caused by the intensive use of these compounds. As a result, the European Union plans to prohibit the use of such compounds. Consequently, the priority task is to find an anticoagulant that can control the rodent populations without affecting their predators. The research of Dr. Adrien Montagut (PhD, 2011-2014) have led to the structure type of an anticoagulant derived from 4-hydroxycoumarin. Currently, AMR361 was tested in vitro on all VKORC1 mutations and in vivo on wild rats. It is the first AVK developed that responds to all the characteristics of the initial specification. The first part of my PhD was to complete the biological study on 4-hydroxycoumarin core by bringing functional diversity on the para position of the aromatic ring. From a biological point of view, the lengthening of the spacer arm on the side chain by use of various functions or the introduction of a dimethyl group on the methylene bridge were studied in order to analyze the effectiveness and persistence parameters. However, most of the synthesized compounds belonging to the family of 4-hydroxycoumarins are already described in a patent filed by Liphatech company in 1999. The study of new cores which are similar to the 4-hydroxycoumarin or the functionalization of the aromatic part of the 4-hydroxycoumarin has provided access to more diverse structures. These original possibilities for innovation have been introduced to circumvent existing patents.