The alveolar epithelium is a key functional component of the air-blood barrier in the lung. Comprised of two morphologically distinct cell types, alveolar epithelial type I (ATI) and type II (ATII) cells, effective repair of the alveolar epithelial barrier following injury appears to be an important determinant of clinical outcome. The prevailing view suggests this repair is achieved by the proliferation of ATII cells and the transdifferentiation of ATII cells into ATI cells. Supplemental oxygen and mechanical ventilation are key therapeutic interventions in the supportive treatment of respiratory failure following lung injury, but the effects of hyperoxia and mechanical deformation in the injured lung, and on alveolar epithelial repair in particular, are largely unknown. The clinical impression however, is that poor outcome is associated with exposure of injured (repairing) epithelium to such iatrogenic ‘hits’. This thesis describes studies investigating the hypothesis that hyperoxia & mechanical deformation inhibit normal epithelial repair. The in vitro data presented demonstrate that hyperoxia reversibly inhibits the transdifferentiation of ATII-like cells into ATI-like cells with time in culture. Whilst confirming that hyperoxia is injurious to alveolar epithelial cells, these data further suggest the ATII cell population harbours a subpopulation of cells resistant to hyperoxia-induced injury. This subpopulation of cells appears to generate fewer reactive oxygen species and express lower levels of the zonula adherens protein E-cadherin. Using a panel of antibodies to ATI (RTI40) and ATII (MMC4 & RTII70) cell-selective proteins, the effect of hyperoxia on the phenotype of the alveolar epithelium in a rat model of resolving S. aureus-induced lung injury was investigated. These in vivo studies support the view that, under normoxic conditions, alveolar epithelial repair occurs through ATII cell proliferation & transdifferentiation of ATII cells into ATI cells, with transdifferentiation occurring via a novel intermediate (MMC4/RTI40-coexpressing) immunophenotype. However, in S. aureus-injured lungs exposed to hyperoxia, the resolution of ATII cell hyperplasia was impaired, with an increase in ATII cell-staining membrane and a reduction in intermediate cell-staining membrane compared to injured lungs exposed to normoxia alone. As hyperoxia is pro-apoptotic and known to inhibit ATII cell proliferation, these data support the hypothesis that hyperoxia impairs normal epithelial repair by inhibiting the transdifferentiation of ATII cells into ATI cells in vivo. The effect of mechanical deformation on alveolar epithelial cells in culture was investigated by examining changes in cell viability following exposure of epithelial cell monolayers to quantified levels of cyclic equibiaxial mechanical strain. In the central region of monolayers, deformation-induced injury was a non-linear function of deformation magnitude, with significant injury occurring only following exposure to strains greater than those associated with inflation of the intact lung to total lung capacity. However, these studies demonstrate for the first time that different epithelial cell phenotypes within the same culture system have different sensitivities to deformation-induced injury, with spreading RTI40-expressing cells in the peripheral region of epithelial cell monolayers and in the region of ‘repairing’ wounds being injured even at physiological levels of mechanical strain. These findings are consistent with the hypothesis that alveolar epithelial cells in regions of epithelial repair are highly susceptible to deformation-induced injury.

Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) est caractérisé par des dommages au niveau de la barrière alvéolo-capillaire, résultant en la formation d’un œdème pulmonaire et une réponse inflammatoire exacerbée. Sans résolution rapide de ces paramètres, le syndrome progresse vers le développement de fibrose menant à l’insuffisance respiratoire. Or, il a été établi que la réparation de l’épithélium alvéolaire est une étape cruciale pour la résolution du SDRA. Une meilleure compréhension des mécanismes de réparation de l’épithélium alvéolaire est donc nécessaire afin de proposer de nouvelles thérapies pour le SDRA, pour lequel aucun traitement efficace n’existe. Il a été montré que les mécanismes de réparation sont régulés par des protéines membranaires, non seulement par les récepteurs aux facteurs de croissance et les intégrines, mais également par les canaux ioniques, en particulier les canaux potassiques. L’objectif principal de cette étude était donc de caractériser l’impact de la modulation des canaux potassiques KCa3.1 et KvLQT1 dans la résolution du SDRA. Dans un premier temps, nos résultats ont montré le rôle coopératif du canal potassique KCa3.1, de la matrice extracellulaire et de l’intégrine-β1 dans les processus de réparation de l’épithélium alvéolaire in vitro. Nous avons montré que la matrice de fibronectine et le KCa3.1 étaient impliqués dans la migration et dans la réparation de monocouches de cellules alvéolaires de cultures primaires de rat. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l’impact de la modulation du canal potassique KvLQT1 dans certains aspects physiopathologiques du SDRA à l’aide de modèles in vivo. Nous avons montré que KvLQT1 n’était pas seulement impliqué dans les mécanismes de réparation de l’épithélium alvéolaire, mais également dans la résorption de l’œdème pulmonaire et la résolution de la réponse inflammatoire. Nos résultats démontrent que les canaux potassiques, tels que KCa3.1 et KvLQT1, pourraient être identifiés en tant que cibles thérapeutiques potentielles pour le SDRA. / Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is characterized by alveolar-capillary barrier damage, resulting in the formation of pulmonary oedema and an exacerbated inflammatory response. Without rapid recovery of these parameters, there is a gradual development of fibrosis, leading to respiratory failure. It has been established that alveolar regeneration is a critical step for the resolution of ARDS. A better understanding of alveolar epithelial repair mechanisms is hence necessary to identify new therapies for ARDS, for which no effective treatment exist. It has been shown that repair mechanisms are regulated by membrane proteins, not only by growth factor receptors and integrins, but also by ion channels, in particular potassium channels. Therefore, the main objective of this study was to characterize the impact of KCa3.1 and KvLQT1 potassium channels modulation in the resolution of ARDS. First, our results have shown the cooperative role of the potassium channel KCa3.1, the extracellular matrix and the β1-integrin in alveolar epithelial repair processes in vitro. We have shown that the fibronectin matrix and KCa3.1 are involved in the migration and repair of primary cultures of rat alveolar cell monolayers. Our data also revealed a putative relationship between Kca3.1 and the β1-integrin. Second, we studied the impact of KvLQT1 potassium channel modulation on ARDS pathophysiological aspects with in vivo models. We showed that KvLQT1 was not only involved in alveolar epithelial repair, but also in the resolution of pulmonary oedema and inflammatory response. Taken together, our data demonstrate that potassium channels, such as KCa3.1 and KvLQT1, may be identified as potential therapeutic targets for the resolution of ARDS.

RAGE (receptor for advanved glycation endproducts) was identified on endothelial cells as binding partner for AGE-modified molecules. The term "Advanced glycation endproducts" involves a number of structurally diverse molecules, which derive from multiple complex rearrangements of reducing sugars with free amino-groups of proteins. They evolve during food production and also in vivo during ageing and to an accelerated degree in diabetes, where AGEs cause receptor-mediated cellular perturbations. Due to the pathological relevance the aim of this thesis was to generate a "biosensor" for AGEs. To this end, the membrane-expressed receptor (flRAGE) as well as soluble RAGE (sRAGE) were expressed in mammalian cells and investigated in numerous binding studies. These did not reveal a specific interaction of AGE-modified ligands with RAGE. In addition, the expression of RAGE on endothelial cells, as described in the literature, could not be followed neither with the help of newly generated monoclonal anti-RAGE antibodies, nor in quantitative "real time" RT-PCR analysis. These results cast doubts on the meaning of RAGE as a proinflammatory receptor in AGE-mediated pathologies and on the adequacy of RAGE for the "biosensor". At the same time the question concerning a physiological role of the receptor arose. RAGE-expression was analysed in different healthy human tissues by "real time" RT-PCR, which revealed an almost selective expression in lung tissue. An important indication for a possible physiological function of RAGE in lung provided the selective localization of RAGE on alveolar epithelial type I cells as demonstrated in frozen lung sections as well as in in vitro cultivated lung cells. RAGE could be identified as a novel, highly specific marker for the thin, expanded AT I cell, which form part of the air-blood-barrier. In the following, RAGE was found to be an interaction partner for collagen IV, a major component of the alveolar basal lamina. Membrane-expressed RAGE did not only strengthened adherence of cells but also induced cell spreading on collagen IV-coated surfaces. This preferential interaction of RAGE with collagen IV could substantially contribute to the functional morphology of AT I cells in vivo, thereby ensuring an effective bidirectional gas-exchange. The results of this thesis expose a novel, so far unnoticed aspect of the biology of RAGE, which presumably contributes to the phenotypic characteristic und function of normal human lung tissue. / RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) wurde als Interaktionspartner auf Endothelzellen für AGE-modifizierte Moleküle identifiziert. Unter den "Advanced glycation endproducts" werden eine Vielzahl strukturell unterschiedlicher Moleküle zusammengefasst, die durch mehrstufige komplexe Umlagerungen zwischen reduzierenden Zuckern und freien Aminogruppen von Proteinen entstehen. Sie entstehen sowohl bei der Herstellung von Lebensmitteln, als auch in vivo während des Alterns und in erhöhtem Maß bei Diabetes, wobei sie Rezeptor-vermittelt Zellstörungen hervorrufen. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst aufgrund der pathologischen Relevanz eine Strategie zur Konzeption eines "Biosensors" für AGEs verfolgt. Hierfür wurde sowohl der membranständige Rezeptor (flRAGE) als auch löslicher RAGE (sRAGE) in Säugerzellen exprimiert und in zahlreichen Bindungs- und Funktionsanalysen getestet. Hierbei konnte keine spezifische Interaktion der AGE-modifizierten Moleküle mit RAGE nachgewiesen werden. Auch die in der Literatur beschriebene Expression von RAGE auf Endothelzellen konnte mit Hilfe neu generierter monoklonaler Antikörper, sowie in quantitativen "real time" RT-PCR-Analysen nicht nachvollzogen werden. Diese Ergebnisse warfen Zweifel an der grundlegenden Bedeutung von RAGE als proinflammatorischer Rezeptor in AGE-bedingten Krankheiten auf und stellten damit auch dessen Eignung für einen AGE-Biosensor in Frage. Gleichzeitig warf diese Skepsis die Frage nach einer möglichen physiologischen Funktion dieses Rezeptors auf. Eine vergleichende Analyse der RAGE-Expression in verschiedenen gesunden Geweben mittels "real time" RT-PCR ergab eine nahezu selektive Expression in Lungengewebe. Wichtige Anhaltspunkte für die Funktion von RAGE in der Lunge ergaben sich aus der selektiven Lokalisation des Rezeptors auf Alveolarepithelzellen Typ I (AT I) sowohl in Gefrierschnitten der Lunge als auch nach in vitro-Kultur von Lungenzellen. RAGE konnte als neuer, hoch spezifischer Marker für die lang gestreckten AT 1 Zellen, die einen Teil der Blut-Luft-Schranke bilden, definiert werden. In folgenden Funktionsanalysen konnte RAGE als spezifischer Interaktionspartner für Kollagen IV, einer Hauptkomponente der Alveolar-Basalmembran, identifiziert werden. Membranständiger RAGE verstärkte nicht nur die Adhärenz von Zellen an Kollagen IV-beschichtete Oberflächen, er induzierte auch Zell-"Spreading". Dies gab Anlass für die Vermutung, dass die beobachtete präferentielle Interaktion von RAGE mit Kollagen IV maßgeblich zu der funktionellen Morphologie der AT I Zellen in vivo beitragen könnte, die die Voraussetzung für einen effektiven bidirektionalen Gasaustausch darstellt. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit wurde ein neuer, bisher unbeachteter Aspekt der Biologie des RAGE aufgedeckt, der vermutlich entscheidend zur phänotypischen Ausprägung und Funktion des normalen humanen Lungengewebes beiträgt.

RAGE (receptor for advanved glycation endproducts) was identified on endothelial cells as binding partner for AGE-modified molecules. The term "Advanced glycation endproducts" involves a number of structurally diverse molecules, which derive from multiple complex rearrangements of reducing sugars with free amino-groups of proteins. They evolve during food production and also in vivo during ageing and to an accelerated degree in diabetes, where AGEs cause receptor-mediated cellular perturbations. Due to the pathological relevance the aim of this thesis was to generate a "biosensor" for AGEs. To this end, the membrane-expressed receptor (flRAGE) as well as soluble RAGE (sRAGE) were expressed in mammalian cells and investigated in numerous binding studies. These did not reveal a specific interaction of AGE-modified ligands with RAGE. In addition, the expression of RAGE on endothelial cells, as described in the literature, could not be followed neither with the help of newly generated monoclonal anti-RAGE antibodies, nor in quantitative "real time" RT-PCR analysis. These results cast doubts on the meaning of RAGE as a proinflammatory receptor in AGE-mediated pathologies and on the adequacy of RAGE for the "biosensor". At the same time the question concerning a physiological role of the receptor arose. RAGE-expression was analysed in different healthy human tissues by "real time" RT-PCR, which revealed an almost selective expression in lung tissue. An important indication for a possible physiological function of RAGE in lung provided the selective localization of RAGE on alveolar epithelial type I cells as demonstrated in frozen lung sections as well as in in vitro cultivated lung cells. RAGE could be identified as a novel, highly specific marker for the thin, expanded AT I cell, which form part of the air-blood-barrier. In the following, RAGE was found to be an interaction partner for collagen IV, a major component of the alveolar basal lamina. Membrane-expressed RAGE did not only strengthened adherence of cells but also induced cell spreading on collagen IV-coated surfaces. This preferential interaction of RAGE with collagen IV could substantially contribute to the functional morphology of AT I cells in vivo, thereby ensuring an effective bidirectional gas-exchange. The results of this thesis expose a novel, so far unnoticed aspect of the biology of RAGE, which presumably contributes to the phenotypic characteristic und function of normal human lung tissue. / RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) wurde als Interaktionspartner auf Endothelzellen für AGE-modifizierte Moleküle identifiziert. Unter den "Advanced glycation endproducts" werden eine Vielzahl strukturell unterschiedlicher Moleküle zusammengefasst, die durch mehrstufige komplexe Umlagerungen zwischen reduzierenden Zuckern und freien Aminogruppen von Proteinen entstehen. Sie entstehen sowohl bei der Herstellung von Lebensmitteln, als auch in vivo während des Alterns und in erhöhtem Maß bei Diabetes, wobei sie Rezeptor-vermittelt Zellstörungen hervorrufen. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst aufgrund der pathologischen Relevanz eine Strategie zur Konzeption eines "Biosensors" für AGEs verfolgt. Hierfür wurde sowohl der membranständige Rezeptor (flRAGE) als auch löslicher RAGE (sRAGE) in Säugerzellen exprimiert und in zahlreichen Bindungs- und Funktionsanalysen getestet. Hierbei konnte keine spezifische Interaktion der AGE-modifizierten Moleküle mit RAGE nachgewiesen werden. Auch die in der Literatur beschriebene Expression von RAGE auf Endothelzellen konnte mit Hilfe neu generierter monoklonaler Antikörper, sowie in quantitativen "real time" RT-PCR-Analysen nicht nachvollzogen werden. Diese Ergebnisse warfen Zweifel an der grundlegenden Bedeutung von RAGE als proinflammatorischer Rezeptor in AGE-bedingten Krankheiten auf und stellten damit auch dessen Eignung für einen AGE-Biosensor in Frage. Gleichzeitig warf diese Skepsis die Frage nach einer möglichen physiologischen Funktion dieses Rezeptors auf. Eine vergleichende Analyse der RAGE-Expression in verschiedenen gesunden Geweben mittels "real time" RT-PCR ergab eine nahezu selektive Expression in Lungengewebe. Wichtige Anhaltspunkte für die Funktion von RAGE in der Lunge ergaben sich aus der selektiven Lokalisation des Rezeptors auf Alveolarepithelzellen Typ I (AT I) sowohl in Gefrierschnitten der Lunge als auch nach in vitro-Kultur von Lungenzellen. RAGE konnte als neuer, hoch spezifischer Marker für die lang gestreckten AT 1 Zellen, die einen Teil der Blut-Luft-Schranke bilden, definiert werden. In folgenden Funktionsanalysen konnte RAGE als spezifischer Interaktionspartner für Kollagen IV, einer Hauptkomponente der Alveolar-Basalmembran, identifiziert werden. Membranständiger RAGE verstärkte nicht nur die Adhärenz von Zellen an Kollagen IV-beschichtete Oberflächen, er induzierte auch Zell-"Spreading". Dies gab Anlass für die Vermutung, dass die beobachtete präferentielle Interaktion von RAGE mit Kollagen IV maßgeblich zu der funktionellen Morphologie der AT I Zellen in vivo beitragen könnte, die die Voraussetzung für einen effektiven bidirektionalen Gasaustausch darstellt. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit wurde ein neuer, bisher unbeachteter Aspekt der Biologie des RAGE aufgedeckt, der vermutlich entscheidend zur phänotypischen Ausprägung und Funktion des normalen humanen Lungengewebes beiträgt.

Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) est caractérisé par des lésions alvéolaires diffuses menant à un œdème alvéolaire lésionnel et une insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique. Malgré les progrès récents dans la prise en charge des patients de réanimation, le SDRA reste un syndrome fréquent et associé à une morbimortalité importante. Deux mécanismes principaux du SDRA semblent associés à une mortalité plus élevée et à des réponses thérapeutiques différentes : la déficience de la clairance liquidienne alvéolaire (AFC, pour alveolar fluid clearance), l’incapacité pour l’épithélium alvéolaire de résorber l’œdème alvéolaire, et la présence d’un phénotype « hyper-inflammatoire ». Les approches pharmacologiques du traitement du SDRA restent limitées et il est nécessaire de poursuivre l’étude des voies biologiques impliquées dans la pathogénie du SDRA et dans sa résolution afin de développer des approches innovantes des prises en charge diagnostique et thérapeutique du SDRA. RAGE, le récepteur des produits de glycation avancée, est un récepteur multi-ligands, exprimé abondamment par les cellules épithéliales alvéolaires du poumon (pneumocytes), qui module de nombreuses voies de signalisation intracellulaire. De nombreuses études récentes suggèrent que sRAGE, la forme soluble principale de RAGE, pourrait servir de marqueur lésionnel du pneumocyte de type I, et que RAGE pourrait jouer un rôle-pivot dans la pathophysiologie du SDRA, en initiant et en entretenant la réponse inflammatoire alvéolaire. Nos objectifs étaient de caractériser les rôles de RAGE au cours du SDRA, grâce à une approche translationnelle combinant études cliniques et précliniques. D’abord, des études cliniques observationnelles et interventionnelles ont été conduites afin de caractériser sRAGE comme un véritable biomarqueur dans le SDRA. Ensuite, des cultures in vitro de cellules épithéliales et de macrophages, ainsi qu’un modèle expérimental in vivo de SDRA murin par instillation trachéale d’acide chlorhydrique ont été utilisés pour décrire les effets de la voie RAGE sur les mécanismes d’AFC et l’inflammation macrophagique médiée par l’inflammasome « Nod-Like Receptor family, Pyrin domain containing 3 » (NLRP3). Enfin, l’effet d’une inhibition de RAGE, par sRAGE recombinant ou par anticorps monoclonal anti-RAGE, était testée en modèle murin. Nos résultats issus des études cliniques suggèrent que sRAGE présente toutes les caractéristiques d’un biomarqueur au cours du SDRA, avec un intérêt dans le diagnostic, le pronostic et la prédiction du risque de développer un SDRA dans une population à risque. Pris ensemble, notre travail suggère que la voie RAGE joue un rôle important dans la régulation de l’atteinte pulmonaire, de l’AFC et de l’activation macrophagique au cours du SDRA. Toutefois, les mécanismes précis de cette régulation restent incertains. La forme soluble de RAGE (sRAGE), lorsqu’elle est dosée dans le plasma, présente toutes les caractéristiques d’un biomarqueur pouvant être utile en pratique clinique, mais son intérêt dans la sélection de sous-groupes (ou « phénotypes ») de patients pouvant bénéficier de traitements ciblés reste à étudier. La voie RAGE pourrait enfin représenter une cible thérapeutique prometteuse. Bien que des études de validation restent nécessaires, ces résultats pourraient ouvrir de nouvelles perspectives dans la prise en charge des patients atteints de SDRA. / The acute respiratory distress syndrome (ARDS) is associated with diffuse alveolarinjury leading to increased permeability pulmonary edema and hypoxemic respiratory failure. Despite recent improvements in intensive care, ARDS is still frequent and associated with high mortality and morbidity. Two major features of ARDS may contribute to mortality and response to treatment: impaired alveolar fluid clearance (AFC), i.e. altered capacity of the alveolar epithelium to remove edema fluid from distal lung airspaces, and phenotypes of severe inflammation. Pharmacological approaches of ARDS treatment are limited and further mechanistic explorations are needed to develop innovative diagnostic and therapeutic approaches. The receptor for advanced glycation endproducts (RAGE) is a multiligand pattern recognition receptor that is abundantly expressed by lung alveolar epithelial cells andmodulates several cellular signaling pathways. There is growing evidence supporting sRAGE (the main soluble isoform of RAGE) as a marker of epithelial cell injury, and RAGE may be pivotal in ARDS pathophysiology through the initiation and perpetuation of inflammatory responses. Our objectives were to characterize the roles of RAGE in ARDS through a translational approach combining preclinical and clinical studies. First, observational and interventional clinical studies were conducted to test sRAGE as a biomarker during ARDS.Then, cultures of epithelial cells, macrophages and a mouse model of acidinduced lung injury were used to describe the effects of RAGE pathway on AFC and inflammation, with special emphasis on a macrophage activation through NodLikeReceptor family, Pyrindomain containing 3 (NLRP3) inflammasome. Acidinjured mice were treated with an antiRAGE monoclonal antibody or recombinant sRAGE to test the impact of RAGE inhibition on criteria of experimental ARDS. Results from clinical studies support a role of sRAGE as a biomarker of ARDS, withdiagnostic, prognostic and predictive values. In addition, plasma sRAGE is correlated with a lung imaging phenotype of nonfocal ARDS and could inform on therapeutic response. Herein, we also describe in vivo and in vitro effects of RAGE activation on transepithelial fluid transport and expression levels of epithelial channels (aquaporin 5, αNa,KATPaseandαENaC) and on macrophage activation through NLRP3 inflammasome. Finally, RAGE inhibition improves AFC and decreases lung injury in vivo. Taken together, our findings support a role of RAGE pathway in the regulation of lung injury, AFC and macrophage activation during ARDS, albeit precise regulatory mechanisms remain uncertain. sRAGE has most features of a validated biomarker that could be used in clinical medicine, but whether it may help to identify subgroups (or phenotypes) of patients that would benefit from tailored therapy remains underinvestigated. Modulation ofRAGE pathway may be a promising therapeutic target, and though validation studies are warranted, such findings may ultimately open novel diagnostic and therapeutic perspectivesin patients with ARDS.

Introduction : La dysfonction primaire du greffon (DPG) post-transplantation pulmonaire est la principale cause de décès en phase péri-opératoire. Sa physiopathologie n’est pas encore totalement élucidée mais les lésions d’Ischémie/Reperfusion (I/R) pourraient constituer un facteur important de son développement. L’I/R et la DPG sont caractérisées par des dommages de l’endothélium vasculaire et de l’épithélium alvéolaire, un œdème pulmonaire et une réaction inflammatoire exacerbée. La résorption de l’œdème dépend du rétablissement de l’intégrité fonctionnelle alvéolaire, dont la capacité à réabsorber les ions Na+ (via les canaux ENaC), et secondairement le liquide par les cellules alvéolaires. Nous avons émis l’hypothèse que la dysfonction épithéliale alvéolaire, causée par l’I/R, présente dans les greffons donneurs (GD), jouerait un rôle clef dans le développement de la DPG chez les receveurs. Notre but était d’identifier de biomarqueurs, associés à la dysfonction épithéliale des GD et au développement de DPG chez les receveurs. Méthodes : L’impact d’un protocole mimant une I/R a d’abord été évalué sur des cultures primaires de cellules alvéolaires de rats. Puis, nous avons étudié l’impact de l’I/R in vivo grâce à des modèles de stress inflammatoire par infusion de LPS ou transplantation unilatérale chez le porc. Finalement, des biopsies de tissus de GD ont été recueillies durant les transplantations pulmonaires. Après détermination du grade de DPG chez les receveurs, nous avons étudié les facteurs et les altérations alvéolaires associés. Résultats : Une baisse d’expression des protéines de jonctions serrées (ZO-1), des canaux ioniques ENaC et CFTR ainsi qu’une réduction de la résistance transépithéliale et de la capacité de réparation suite aux lésions ont été observées suite au protocole mimant l’I/R dans le modèle de cultures primaires de cellules alvéolaires. Un traitement avec un activateur du canal K+ KvLQT1 (R L3) a permis d’améliorer la vitesse de réparation, l’intégrité de la barrière épithéliale et l’expression d’ENaC et CFTR. Dans nos modèles animaux, nous avons observé une réponse pro-inflammatoire et une altération des protéines ZO-1, ENaC et CFTR. Nos données préliminaires indiquent aussi une infiltration inflammatoire et une baisse d’ENaC, CFTR et ZO-1, déjà présentes dans les GD ayant subits une I prolongée, chez les receveurs ayant ensuite développés une DPG. Conclusion : Nos résultats soutiennent notre hypothèse du développement d’une dysfonction épithéliale alvéolaire, caractérisée par une altération de biomarqueurs de fonctionnalité et d’intégrité (ENaC, CFTR et ZO-1), en lien avec l’I/R et la DPG. / Background: Primary graft dysfunction (PGD) after lung transplantation is the first cause of death in the perioperative phase. The PGD pathophysiology is not fully elucidated, but Ischemia/Reperfusion (I/R) injury might be an important factor. I/R and PGD both feature endothelial/ epithelial damage, lung edema and inflammation. Edema resorption then depends on the restoration of the alveolar functional integrity, especially the ability of alveolar epithelial cells to reabsorb Na+ (through ENaC channels) and fluid. We hypothesized that alveolar epithelial dysfunction (related to I/R), observed within donor grafts, then plays a key role in the development of PGD in lung recipients. Our goal was to identify novel biomarkers, associated with epithelial dysfunction within donor’s grafts, and then PGD development in recipients. Methods: The impact of a protocol mimicking hypothermic ischemia and reperfusion was first tested on primary rat alveolar epithelial cell cultures. Then, the impact of I/R was studied in vivo using models of inflammatory stress induced by LPS infusion or after unilateral transplantation in pigs. Finally, lung biopsies from donor grafts were collected during lung transplantations. After defining PGD scores within the recipients, associated factors and alveolar alterations were finally analyzed. Results: In primary cell cultures, the protocol mimicking hypothermic I/R induced a decrease in tight junction proteins (ZO-1), transepithelial resistance, wound repair capacity as well as ENaC and CFTR channel expression. Treatment with a KvLQT1 K+ channel activator (R-L3) accelerated the repair rates and enhanced barrier integrity (ZO-1 staining) as well as ENaC and CFTR protein expressions. In the porcine models, an exacerbated inflammatory response was observed along with alveolar damage, lung edema and decreased ZO-1, ENaC and CFTR expressions. Our preliminary data using human samples collected during lung transplantations also indicate an inflammatory response and reduced ENaC, CFTR and ZO-1 expressions, already observed within lung grafts, submitted to longer cold ischemia duration, among lung recipients then developing a PGD. Conclusion: Altogether these data support our hypothesis of an alveolar epithelial dysfunction, featuring an alteration of functionality and barrier integrity biomarkers (ENaC, CFTR and ZO-1), associated with I/R and DPG.

Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) est une forme de défaillance respiratoire sévère, cause majeure de mortalité (~30-45%) chez les adultes et enfants dans les unités de soins intensifs. En dépit des progrès dans la prise en charge du patient, il n’existe à ce jour aucun traitement curatif pharmacologique efficace. Le SDRA peut se développer à la suite d’une atteinte pulmonaire directe (ex. pneumonie) ou indirecte (ex. septicémie) dont les principales caractéristiques sont des lésions épithéliales alvéolaires et endothéliales vasculaires, le développement d’un oedème pulmonaire et une réponse inflammatoire exacerbée durant la phase aiguë exsudative. La résolution de ces paramètres est critique afin d’éviter l’établissement irréversible de fibrose, entraînant une défaillance respiratoire. Le caractère hétérogène du SDRA et l’implication d’une multitude de mécanismes lésionnels rendent le développement de nouvelles thérapies plus difficile. Nous avons posé l’hypothèse que la restauration de l’intégrité épithéliale, en parallèle de la résolution de l’inflammation et la résorption de l’oedème, est critique pour la résolution de la phase exsudative du SDRA. Nous avons donc postulé que des stratégies combinant des effets bénéfiques sur la clairance liquidienne et proréparatrice constitueraient une voie intéressante pour la restauration de l’intégrité fonctionnelle de l’épithélium alvéolaire. L’objectif général de mon projet de doctorat était donc d’évaluer différentes stratégies, ciblant 1) l’inflammation, 2) le canal sodique ENaC impliqué dans la clairance liquidienne et 3) les canaux potassiques ayant un rôle pro-réparateur, avec des modèles complémentaires in vivo de lésions aiguës induites, mimant des paramètres de SDRA. Nous pensons que cette étude aura apporté de nouvelles connaissances sur la physiopathologie du SDRA et les mécanismes de résolution des paramètres caractéristiques de ce syndrome. Mon projet met particulièrement en lumière que de cibler une seule composante telle que l’inflammation ou la clairance liquidienne n’est pas suffisante et que des composés permettant de restaurer l’intégrité fonctionnelle alvéolaire sont nécessaires. / Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a severe form of respiratory failure, a leading cause of death (~30-45%) among adults and children in intensive care units. Despite advances in the management and care of ARDS patients, there is currently no effective curative pharmacological treatment. The ARDS can develop following a direct (e.g. pneumonia) or indirect (e.g. sepsis) lung injury, the main features of which are alveolar epithelial and endothelial vascular injury, the development of pulmonary edema, and an exacerbated inflammatory response during the exsudative acute phase. The resolution of these parameters is critical to avoid the irreversible establishment of fibrosis leading to respiratory failure. The heterogeneous nature of ARDS and the involvement of various lesional mechanisms complicate the development of new therapeutic strategies. We hypothesized that the epithelial restoration, in parallel with inflammatory resolution and edema resorption, is critical for the resolution of the acute exsudative phase of ARDS. Therefore, we postulated that strategies combining beneficial effects on fluid clearance and pro repair may be an interesting way to restore the functional integrity of the alveolar epithelium. The general objective of my PhD project was to evaluate different strategies targeting 1) the inflammation, 2) the sodium channel ENaC involved in fluid clearance, and 3) potassium channels playing pro repair role, using complementary in vivo models of acute lung injury mimicking ARDS parameters. We believe that these studies have provided new insight on the pathophysiology of ARDS and the mechanisms of resolution of the characteristic parameters of this syndrome. In particular, my project highlights that focusing on a single component such as inflammation or fluid clearance is not sufficient and that compounds will restore functional alveolar integrity are needed.