Le traitement endovasculaire des anévrismes de l’aorte (Endovascular Aneurysm Repair ou EVAR) est une chirurgie mini-invasive qui consiste à faire glisser une endoprothèse par voie fémorale jusqu’au niveau de l’anévrisme afin de re-canaliser le flux sanguin. Les principales complications qui peuvent survenir sont les phénomènes de migration et d’endofuites (écoulement persistant de sang dans le sac anévrismal) de type Ia. Ces phénomènes apparaissent lorsque l’étanchéité n’est plus assurée entre l’extrémité proximale de l’endoprothèse et le vaisseau sanguin. Dans ce travail, des simulations paramétrées de déploiement complet d’un système de pose de stent ont été développées en utilisant la Méthode des Éléments Finis (FEM) afin d’étudier la stabilité du contact lors du largage d’une endoprothèse en nitinol dans un Anévrisme de l’Aorte Thoracique (AAT) réaliste. Les facteurs suivants associés à ces complications ont été étudiés : (1) la longueur de la zone de fixation proximale (PASL), (2) la valeur de surdimensionnement ou « oversizing » du stent (O %), (3) la valeur du coefficient de frottement entre le stent et l’aorte (µ) et (4) l’angulation du collet proximal. L’influence de la présence de calcifications sur le comportement biomécanique de l’endoprothèse lors de son déploiement dans les zones de fixation a également été analysée. Les résultats des simulations ont montré qu’une PASL supérieure à 18 mm est un facteur décisif pour éviter la migration de l’endoprothèse pour une angulation du collet de l’anévrisme de 60° et dans des conditions de contact glissant (µ=0,05). L’augmentation de la valeur de l’oversizing de 10 % à 20 % améliore la résistance de la fixation de la prothèse. En revanche, un oversizing supérieur à 25 % pour une angulation du collet de 60° entraine des déformations excentriques ainsi que la ruine du stent. D’autre part, aucune migration n’a été observée dans un modèle d’aorte idéalisé où l’angulation du collet était de 0°, la PASL de 18 mm et le coefficient de frottement µ de 0,05. Afin d’améliorer le contact et de prévenir l’apparition de phénomènes de migration et d’endofuite de type Ia chez des patients présentant une aorte tortueuse et calcifiée avec un anévrisme fortement angulé, un nouveau design de stent a été proposé, basé sur les résultats des simulations numériques effectuées. La principale difficulté était de trouver un compromis entre flexibilité et raideur. Les résultats des simulations réalisées avec ce nouveau stent ont montré une amélioration de la stabilité de contact, ce qui a pour effet de limiter l’apparition des phénomènes de migration et donc de réduire les complications liées à la procédure endovasculaire. / The main mechanical related problems of endovascular aneurysm repair are migration and endoleak type Ia. They occur when there is no effective seal between the proximal end of stent-graft and the vessel. In this work, we have developed parameterized-deployment simulations of a complete stenting system using finite element method (FEM) to investigate the contact stiffness of a nitinol stent in a realistic Thoracic Aortic Aneurysm (TAA). Therefore, the following factors associated with these complications have evaluated: (1) Proximal Attachment Site Length (PASL), (2) stent Oversizing value (O %), (3) different contact friction situations (stent/aorta) and (4) proximal neck angulation. The calcification impact on the biomechanical behaviour of the deployment at the attachment zone has also been investigated. The simulation results showed that PASL>18mm was a crucial factor to prevent migration at a neck angle of 60⁰and smoothest contact condition (μ=0.05). The increase in (O %) ranging from 10% to 20% improved the fixation strength; however, O % ≥ 25% at 60° caused eccentric deformation and stent collapse. No migration was reported in an idealized aorta model with a neck angle of 0⁰, PASL=18mm and μ=0.05. The numerical observations are used as a guide to optimize the stent design in such neck morphology to strengthen the contact and prevent migration or endoleak type Ia. The optimized stent results showed better contact stability to resist the migration. They also showed a good compromise of stent design requirements (flexibility and stiffness). Moreover, the new design can also prevent the risk of folding or collapse of stent struts by mitigating the energy of eccentric deformation caused by high angulation and oversizing.

Ce travail est une contribution au développement de micromuscles artificiels reposant sur une voie innovante de production, au sein du corps humain, d'énergie mécanique à partir de l'énergie chimique par processus osmotique. La recherche a un caractère générique, les applications biomédicales potentielles étant nombreuses ; elle s'appuie sur un cas concret de conception d'une structure à membrane semi-perméable gonflable (joint osmotique) destiné à éliminer les endofuites se produisant fréquemment au niveau des endoprothèses pour anévrisme de l'aorte abdominale.<br /><br />Après l'exposé du phénomène d'osmose et de l'application envisagée, l'étude se décompose en deux parties.<br />• La première partie porte sur la caractérisation osmo-mécanique du système osmotique eau/membrane d'acétate de cellulose/saccharose. Des dispositifs expérimentaux originaux ont été mis en place. Dans le domaine d'utilisation envisagé, la membrane présente un comportement mécanique principalement élasto-plastique et sa perméabilité dépend fortement de son état de déformation.<br />• Dans la seconde partie, un modèle numérique de la zone de contact entre le collet de l'anévrisme et l'endoprothèse munie d'un joint gonflable est mis en place. La modélisation du joint membranaire s'appuie sur les résultats de la première partie. Les comportements mécaniques de l'endoprothèse et de l'aorte sont modélisés sur la base de résultats de la littérature respectivement par une simple loi isotrope élastique linéaire et un potentiel hyperélastique isotrope en série de Rivlin. Une étude paramétrique permet alors de souligner la faisabilité de cette endoprothèse et l'influence de quelques paramètres de conception sur ses performances.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) demeurent au tournant de ce siècle la principale cause de mortalité dans le monde. Parmi les facteurs de risque, l’hypercholestérolémie et l’obésité abdominale sont directement liées au développement précoce de l’athérosclérose. L’hypercholestérolémie familiale, communément associée à une déficience des récepteurs des lipoprotéines de basse densité (LDLR), est connue comme cause de maladie précoce d’athérosclérose et de calcification aortique chez l’humain. La subtilisine convertase proprotéine/kexine du type 9 (PCSK9), membre de la famille des proprotéines convertases, est trouvée indirectement associée aux MCV par son implication dans la dégradation du LDLR. Chez l'humain, des mutations du gène PCSK9 conduisent soit à une hypercholestérolémie familiale, soit à une hypocholestérolémie, selon que la mutation entraîne un gain ou une perte de fonction, respectivement. Il demeure incertain si les individus porteurs de mutations causant un gain de fonction de la PCSK9 développeront une calcification aortique ou si des mutations entraînant une perte de fonction provoqueront une obésité abdominale. Dans cette étude, nous avons examiné : 1) l’effet d’une surexpression de PCSK9 dans le foie de souris sur la calcification aortique ; 2) les conséquences d’une déficience en PCSK9 (Pcsk9 KO), mimant une inhibition pharmacologique, sur le tissu graisseux. Nous avons utilisé un modèle de souris transgénique (Tg) surexprimant le cDNA de PCSK9 de souris dans les hépatocytes de souris et démontrons par tomographie calculée qu’une calcification survient de façon moins étendue chez les souris PCSK9 Tg que chez les souris déficientes en LDLR. Alors que le PCSK9 Tg et la déficience en LDLR causaient tous deux une hypercholestérolémie familiale, les niveaux seuls de cholestérol circulant ne parvenaient pas à prédire le degré de calcification aortique. Dans une seconde étude, nous utilisions des souris génétiquement manipulées dépourvues de PSCK9 et démontrons que l’accumulation de graisses viscérales (adipogenèse) apparaît régulée par la PCSK9 circulante. Ainsi, en l’absence de PCSK9, l’adipogenèse viscérale augmente vraisemblablement par régulation post-traductionnelle des récepteurs à lipoprotéines de très basse densité (VLDLR) dans le tissu adipeux. Ces deux modèles mettent en évidence un équilibre dynamique de la PCSK9 dans des voies métaboliques différentes, réalisant un élément clé dans la santé cardiovasculaire. Par conséquent, les essais d’investigations et d’altérations biologiques de la PCSK9 devraient être pris en compte dans un modèle animal valide utilisant une méthode sensible et en portant une attention prudente aux effets secondaires de toute intervention. / Cardiovascular disease (CVD) is the leading cause of death in the 21st century. Among risk factors, hypercholesterolemia and abdominal obesity are directly linked to premature development of atherosclerosis. Familial hypercholesterolemia, commonly due to low-density lipoprotein receptor (LDLR) deficiency, is known to cause premature atherosclerosis and aortic calcification in humans. Proprotein convertase subtilisin/kexin 9 (PCSK9), a member of the proprotein convertase family, is indirectly associated with CVD through enhanced LDLR degradation. Mutations in the human PCSK9 gene lead to either familial hypercholesterolemia or hypocholesterolemia, depending on whether the mutation causes a gain or a loss of function, respectively. It is uncertain if individuals carrying mutations causing a gain-of-function of PCSK9 will develop aortic calcification or whether loss-of-function mutations will lead to abdominal obesity. In this thesis, we investigated: 1) the effect of PCSK9 overexpression on aortic calcification; 2) the consequences of PSCK9 deficiency, mimicking pharmacological inhibition of PCSK9 on fat tissue. We employed a transgenic (Tg) mouse model overexpressing mouse PCSK9 and illustrated by micro-computerized tomography that calcification occurs to a lesser extent in PCSK9 Tg mice than in LDLR-deficient mice. While both PCSK9 Tg and LDLR deficiency caused familial hypercholesterolemia, circulating cholesterol levels alone could not dictate the degree of aortic calcification. In another study, we used genetically modified mice lacking PCSK9 and demonstrated that visceral fat accumulation (adipogenesis) is regulated by circulating PCSK9. Thus in the absence of PCSK9, visceral adipogenesis increases likely via post-translational regulation of very-low-density lipoproteins receptors (VLDLR) in the adipose tissue. In conclusion, these two studies highlight the dynamic balance of PCSK9 in different metabolic pathways, making it a key element in cardiovascular health. Consequently, attempts to survey and/or alter PCSK9 biology should be performed in a valid animal model using sensitive methods and with careful attention to side effects of any given intervention.

L’implantation valvulaire aortique percutanée (TAVI) a émergé comme une alternative à la chirurgie pour les patients avec sténose sévère et haut risque chirurgical. Cette technique s’étend à une population plus large (e.g. anatomie plus complexe, risque chirurgical plus bas), ainsi qu'au traitement Valve-in-Valve (ViV) des bioprothèses (BPs) chirurgicales défaillantes. Cependant, deux complications majeures en limitent la généralisation. En TAVI « classique », la présence de fuites péripothétiques a été associée à une mortalité augmentée. Les effets du surdimensionnement de la prothèse percutanée pour assurer son étanchéité, ou de la forme de l’anneau souvent non circulaire, sur la performance hémodynamique, sont mal connus. En ViV, la présence de hauts gradients est fréquente et associée à une mortalité augmentée. Les BPs de taille nominale ≤ 21 mm et le mode de dégénérescence par sténose, facteurs mis en cause dans la sténose résiduelle et associés à une mortalité augmentée, ne sont pas assez spécifiques et il n’existe actuellement aucune recommandation pour le traitement des petites BPs. Par ailleurs, le bénéfice hémodynamique réel du ViV par rapport aux statuts avant ViV n’a pas été étudié.L’objectif général de ce travail doctoral est de comprendre les interactions entre la prothèse percutanée et l’anneau aortique ou la BP à traiter, impliquées dans la performance hémodynamique, en particulier dans des conditions d’implantation complexes, afin d’étendre les indications du TAVI. En ViV, le défi est de préciser les facteurs associés à sa performance et son utilité hémodynamique et de proposer des stratégies d’implantation afin d’optimiser le succès de la procédure. / Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) has emerged as an alternative to surgery for patients with severe aortic stenosis and high surgical risk. This technique is extending to a wider population (e.g. with more complex anatomy or lower surgical risk), as well as to patients with degenerated surgical bioprostheses (BPs). However, two major concerns remain limiting. Regarding “classical TAVI”, periprosthetic leaks have been associated with increased mortality. Oversizing is used to secure the device within the aortic annulus which is often non circular. The effects of oversizing and annulus shape on the hemodynamic performance are unknown. Regarding ViV implantations, elevated post-procedural gradients are common and have been associated with increased mortality. The principal factors associated with this residual stenosis as well as with increased risk of mortality, have been BPs label size ≤ 21 mm and mode of failure by stenosis. These factors are not specific enough and there is currently no recommendation for the treatment of small BPs. Besides, the actual hemodynamic benefit associated with ViV has not been evaluated (vs. pre ViV status).The general objective of this work is to understand the interactions between the transcatheter prosthesis and the aortic annulus or the BP to be treated, which impact the hemodynamic performance, especially in complex conditions of implantation, in order to extend the indications of TAVI. In the context of ViV, the objective is to specify the factors associated with the hemodynamic performance and utility of the treatment. The final aim is to provide strategies of implantation in order to optimize the success of the procedure.

L’ischémie/reperfusion (I/R) occurrente à toutes transplantations d’organe solide, constitue un stimulus pro-autophagique/pro-apoptotique pour les cellules endothéliales. Nous avons récemment démontré que les cellules endothéliales apoptotiques (CEapo) sécrètent des vésicules apoptotiques exosome like (ApoExo) qui induisent une réponse auto-immune et accélèrent le rejet vasculaire dans un modèle de greffe aortique chez la souris. Ces ApoExo qui diffèrent des corps apoptotiques classiques par leur structure et leur contenu protéique contiennent le fragment C-terminal du perlécan, LG3. Le LG3, un auto-antigène d’importance en transplantation, favorise le remodelage vasculaire et est augmenté en circulation chez les patients greffés rénaux atteints d’un rejet vasculaire. De plus, la présence d’anticorps anti-LG3 avant la transplantation est associée à un risque plus élevé de développer un rejet vasculaire chez des patients greffés du rein et à la perte du greffon à long terme. Il est connu que la génération du fragment LG3 implique la protéolyse du perlécan par la cathepsine L, une protéase lysosomiale, mais le mécanisme de transport de ce fragment au sein des ApoExo est encore inconnu. Nous avons émis l’hypothèse que l’activité lysosomiale et l’autophagie jouent un rôle important dans la maturation et le chargement du LG3 dans les vésicules ApoExo sécrétées par les CEapo. Une étude longitudinale de microscopie électronique chez les cellules endothéliales humaines carencées en sérum pendant 1h, 2h et 3h, nous a révélé la présence du perlécan / fragment LG3 au sein de compartiments autophagiques (autophagosomes et autophagolysosomes) à différentes étapes du processus autophagique. Après 3 heures de carence en sérum, nous avons identifié le fragment LG3 dans des vésicules membranaires situées au sein de grands réseaux vacuolaires s’apparentant à des autophagolysosomes. L’inhibition de la cathepsine L, de l’acidification du lysosome et de l’autophagie diminuent la présence du fragment LG3 dans les vésicules ApoExo sans affecter la sécrétion de vésicules démontrant donc le rôle de l’autophagie dans l’intégration du fragment LG3 au sein des ApoExo. Toutefois, l’injection de vésicules ApoExo LG3-, provenant de cellules murines aortiques traitées à la bafilomycine, dans un modèle murin de greffe aortique induit une réponse auto-immune anti-LG3 ainsi qu’un remodelage vasculaire à des niveaux similaires aux souris ayant reçu des ApoExo véhicule. Une analyse protéomique de ces vésicules ApoExo LG3-, nous a révélé que la bafilomycine modifie le contenu protéique des ApoExo en induisant une augmentation de la présence de protéines lysosomiales et de la matrice extracellulaire dont le perlécan. Ceci suggère que la présence du motif LG3 au sein du perlécan natif non clivé dans les ApoExo LG3- pourrait être responsable de la mise en place de la réponse anti-LG3 observées chez les souris. Les travaux de ce doctorat ont permis de mettre en évidence que l’autophagie dans les cellules endothéliales productrices d’ApoExo ne régule pas l’immunogénicité des ApoExo. Cependant, elle régule au sein des cellules endothéliales apoptotiques le transport et le clivage du perlécan qui lui est immunogène. En effet, l’autophagie module les différentes formes de perlécan natif et clivé sécrétées dans les ApoExo. L’étude chez la souris greffée nous a donc permis de considérer non plus l’implication du fragment LG3 mais l’implication du motif LG3 présent au sein du perlécan natif non clivé et de ses différentes formes intermédiaires dans la réponse auto-immune anti-LG3 et le rejet vasculaire. La modulation de la sécrétion du perlécan et du LG3 dans les ApoExo constitue une cible thérapeutique potentielle afin de diminuer la réponse auto-immune pouvant augmenter le dommage vasculaire après la greffe / Ischemia/reperfusion (I/R) occurring in all solid organ transplantation, constitute a proautophagic / pro-apoptotic stimulus on endothelial cells. We recently demonstrated that apoptotic endothelial cells (CEapo) secrete apoptotic exosome-like vesicles (ApoExo) that induce autoimmune response and accelerate vascular rejection in a mouse aortic transplant model. These ApoExo, that differ from classical apoptotic bodies in structure and protein content, contain the C-terminal fragment of perlecan, LG3. LG3, an autoantigen of importance in transplantation, promotes vascular remodeling and is increased in circulation in renal transplant patients undergoing vascular rejection. In addition, the presence of anti-LG3 antibodies prior to transplantation is associated with a higher risk of developing vascular rejection in kidney transplant patients and long-term graft loss. It is known that the generation of LG3 fragment involves the proteolysis of perlecan by cathepsin-L, a lysosomal protease, but the mechanism of export of this fragment within ApoExo is still unknown. We hypothesized that lysosomal activity and autophagy play an important role in the maturation and the secretion of LG3 in ApoExo vesicles secreted by CEapo. Longitudinal electron microscopy study after 1h, 2h and 3h in serum starved endothelial human cells revealed the presence of perlecan / LG3 fragment within autophagic compartments (autophagosomes and autophagolysosomes) at different stages of the autophagic process. After 3 hours of serum starvation, we identified LG3 fragment in membrane vesicles located within large vacuolar networks reminiscent of autophagolysosomes. Inhibition of cathepsin-L, of lysosomal acidification and of autophagy decrease the presence of LG3 fragment in ApoExo vesicles without affecting vesicle secretion thus demonstrating the role of autophagy in the secretion of LG3 fragment within ApoExo. However, Injection of ApoExo LG3- vesicles from bafilomycin-treated aortic murine cells into a murine aortic transplant model induces autoimmune anti-LG3 response and vascular remodeling at levels similar to the ApoExo vehicle mice control group. Proteomic analysis of ApoExo from bafilomycin-treated aortic murine cells has demonstrated that bafilomycin modifies ApoExo protein content by inducing an increase of the presence of lysosomal proteins and the extracellular matrix, including perlecan. This suggests that the presence of LG3 motif in uncleaved native perlecan in ApoExo LG3- could be responsible for the establishment of the anti-LG3 response as well as the vascular remodeling observed in mice. Collectively, these results demonstrate that autophagy in endothelial cells producing ApoExo does not regulate the immuogenicity of ApoExo. However, it regulates within apoptotic endothelial cells the processing and cleavage of perlecan who is immunogenic. Indeed, autophagy modulates the different forms of native and cleaved perlecan secreted in ApoExo. Grafted mice study thus allowed us to consider neither the involvement of the LG3 fragment but the implication of the LG3 motif present in the uncleaved native perlecan and its intermediate forms in the anti-LG3 autoimmune response and vascular rejection. Modulating perlecan and LG3 secretion in ApoExo vesicles is a potential therapeutic target to reduce the autoimmune response that can increase vascular damage after transplantation.

Superviseur : Dr. Piet Van Vliet Collaborateurs: Dr. Alexandre Dubrac, Dr. Martin Smith / Résumé INTRODUCTION : Les maladies valvulaires du cœur surviennent dans 2% de la population, impliquant souvent un reflux sanguin dû au rétrécissement de la valve. Nous avons récemment identifié deux familles non apparentées étant atteintes par une sténose aortique. Le séquençage exomique des familles a révélé une mutation entrainant une perte de fonction homozygote pour le gène ADAMTS19. La relation entre la perturbation du gène ADAMTS19 et la sténose a été reproduite et donc confirmée grâce à une souris ADAMTS19-LACZ KO/KO. Cette souris montre également que ADAMTS19 est spécifiquement exprimé dans les cellules valvulaires interstitielles (VICs) dans les valves. Le rôle d’ADAMTS19 durant le développement des valves reste inconnu. Pour analyser le patron d’expression d’ADAMTS19 pendant le développement du cœur, nous avons obtenu un modèle de souris transgénique contenant une CRE-tamoxifen inductible (Cre-ERT2) qui est exprimé sous l’influence du promoteur humain ADAMTS19. HYPOTHESE/OBJECTIF : Nous émettons l’hypothèse que le promoteur humain d’ADAMTS19 inséré dans la souris ADAMTS19-Cre-ERT2 contient toutes les séquences régulatrices permettant d’exprimer le gène ADAMTS19 et que ADAMTS19 est principalement exprimé au niveau des cellules valvulaires interstitielles dans les valves. L’objectif est de caractériser le patron d’expression d’ADAMTS19 en analysant sa distribution durant le développement grâce à une souris reportrice tdTomato. Comme ADAMTS19 est spécifiquement exprimé dans les VICs, cet outil transgénique permettrait d’étudier ces cellules durant le développement. METHODE/RESULTAT : Suite à une étude in silico le promoteur ADAMTS19 est apparu comme extrêmement conservé. Par conséquent, pour analyser l’expression d’ADAMTS19 nous avons obtenu une souris BAC ADAMTS19-Cre-ERT2 contenant la séquence conservée que nous avons croisé avec une souris reportrice tdTomato. Le Tamoxifen est administré aux femelles gestantes par gavage aux jours embryonnaires E9,5, E11,5 ainsi que E13,5, et les cœurs sont extrait a E16,5. Des coupes de cœurs embryonnaires vont permettre d’identifier la localisation et la morphologie des cellules marquées. L’expression d’ADMATS19 dans les cellules valvulaires interstitielles est consistant avec le fait qu’ADAMTS19 est connu pour affecter les valves durant le développent et dans le cas de maladie valvulaire. Cependant, le patron des valves n’est pas reproductible au travers des générations. De plus, nous observons qu’ADAMTS19 est marqué dans des cellules des oreillettes et ventricule dans une lignée et dans une sous population de cellules de l’artère pulmonaire dans une autre. CONCLUSION : L’analyse des séquences de chaque lignée par séquençage permettre d’investiguer la raison de ses différents patrons et de mettre en évidence des régulateurs spécifiques. / BACKGROUND: Valvular heart disease (VHD) occurs in ~2% of the general population, often resulting in reduced or disturbed blood flow. We recently identified two unrelated families with recessive inheritance patterns of progressive polyvalvular heart disease in absence of any clear syndromic phenotype. Exome sequencing revealed homozygous, rare, loss of function (LOF) alleles in both families for the gene ADAMTS19. The relation between ADAMTS19 mutation and aortic stenosis were confirm via an ADAMTS19-LacZ KO/KO mouse model. This model also shows that ADAMTS19 is specific of VICs during valve development. The ADAMTS protein family includes 19 proteases that are involved in matrix remodeling, and tissue homeostasis in development and disease. However, the role of ADAMTS19 specifically during valve development remains unknown. We aim to characterize ADAMTS19 expression using a BAC transgenic ADMTS19-CRERT2 mouse. HYPOTHESE/OBJECTIVE We hypothesize that the BAC used to make the ADMTS19-CRERT2 mouse contains all the regulatory elements to express it and also that its expression will be specific to the VICs. The objective is to establish the ADAMTS19- CREERT2 and therefore to create a new tool to study VICs in vivo. METHODS/RESULTS: In silico analysis of the human and mouse ADAMTS19 genomic regions showed a high level of conservation. Thus, to analyze ADAMTS19 expression patterns during mouse development, we obtained a BAC transgenic mouse model containing a tamoxifen inducible Cre (CreERT2) that is expressed under the influence of the human ADAMTS19 promoter and surrounding genomic region. We crossed males from several lines created in parallel with Rosa-tdTomato reporter females to generate offspring in which expression of the fluorescent tdTomato reporter is activated in ADAMTS19-expressing cells upon tamoxifen administration. Surprisingly, whole mount imaging of embryos induced at E13.5 and isolated at E16.5 revealed strong, but distinct labelling patterns in offspring from different ADAMTS19CreERT2 sublines. Whereas one line exclusively labelled VICs, consistent with ADAMTS19 in situ RNA expression data from the Eurexpress database, another line specifically labelled cells in atrial and ventricular, but not VICs. A third line seems to label only a subset of cells in the pulmonary artery. Labeling of ADAMTS19-positive VICs is consistent with ADAMTS19 affecting valve development and VHD. In addition, we observed exclusive ADAMTS19-dependent labelling in atrial and ventricular cells or in a subset of pulmonary artery cells in two different sublines. CONCLUSION: The distinct expression patterns in offspring from different ADAMTS19-Cre-ERT2 lines indicates that although regulation of ADAMTS19 is conserved between human and mouse, expression in VICs versus other cells may be dependent on mutually exclusive regulatory mechanisms.

Les maladies valvulaires constituent une cause importante de morbidité et de mortalité. Dans les pays industrialisés, l’insuffisance mitrale et la sténose aortique sont les pathologies valvulaires les plus fréquentes et leur prévalence augmentent avec l’âge. Étant donné l’augmentation de l’espérance de vie dans ces pays, la prévalence des valvulopathies dégénératives deviendra plus importante et aura un impact non négligeable sur la santé publique. Les avancées en chirurgie cardiaque ainsi que les nouvelles percées en cardiologie interventionnelle ont modifié considérablement la prise en charge des patients avec des valvulopathies en offrant des approches minimalement invasives, surtout pour les patients à haut risque chirurgical. Dans le cadre de ce mémoire, deux études rétrospectives de cohorte ont été réalisées. La première consiste à comparer les résultats postopératoires et sur trois ans de la chirurgie conventionnelle par rapport à la procédure transcathéter MitraClip chez 259 patients avec une insuffisance mitrale ischémique sévère. La deuxième étude compare les résultats postopératoires de trois approches de remplacement de la valve aortique, soit la sternotomie, la ministernotomie et la minithoracotomie. La première étude permet de conclure que la procédure MitraClip a un taux de mortalité postopératoire et sur 3 ans inférieur à celui de la chirurgie mais qu’elle est associée à un plus haut taux de récurrence de l’insuffisance mitrale après 3 ans. La deuxième étude démontre que les deux approches minimalement invasives, la ministernotomie et la mini-thoracotomie, ont un taux équivalent de mortalité intra-hospitalier à la sternotomie. La mini-thoracotomie est associée à moins de saignement périopératoire et moins de douleur au repos que la sternotomie. En conclusion, les approches minimalement invasives offrent une excellente alternative à la chirurgie conventionnelle dans le traitement de la maladie valvulaire. Les bénéfices cliniques sont d’autant plus évidents lorsque les patients sont adéquatement sélectionnés; d’où l’importance d’une ‘Heart Team’ qui collabore pour une meilleure prise en charge des patients. / Valvular heart disease is an important cause of morbidity and mortality. In western countries, mitral regurgitation and aortic stenosis are the most frequent valvular pathologies and their prevalence increases with age. With the increase in life expectancy in these countries, the prevalence of degenerative valve disease will increase with a significant burden on healthcare systems. Advances in cardiac surgery as well as new breakthroughs in interventional cardiology have considerably modified the management of patients with valvular disease, by offering minimally invasive approaches, especially for patients at high surgical risk. In this thesis, two retrospective cohort studies were carried out. The first compares the postoperative and 3 years outcomes of mitral valve surgery vs MitraClip, a transcatheter procedure, in 259 patients with severe ischemic mitral regurgitation. The second study compares the postoperative results of two minimally invasive techniques (ministernotomy and minithoracotomy) for aortic valve replacement to conventional sternotomy. In the first study, MitraClip procedure had lower postoperative and 3-year mortality rate than surgery, but it was associated with higher recurrence rate of mitral regurgitation after 3 years. The second study showed that the two minimally invasive approaches had similar intrahospital mortality rate to sternotomy. Minithoracotomy was associated with less perioperative bleeding and less pain at rest than sternotomy. In conclusion, minimally invasive approaches offer an excellent alternative to conventional surgery in the treatment of valvular disease. The clinical benefits are more highlighted when patients are properly selected; hence the importance of a "Heart Team" that collaborates for better patient care.

À l’heure actuelle, plusieurs centres de chirurgie cardiaque ont noté une augmentation du nombre de patients âgés orientés pour une chirurgie. Les baisses majeures de la natalité et de la mortalité dans tous les groupes d’âge ont contribué au vieillissement progressif des populations des pays industrialisés. Il est bien connu que la prévalence des pathologies cardiovasculaires augmente avec l’âge et fait en sorte que ce groupe de patients âgés soit à haut risque opératoire. Trois études ont été réalisées dans le cadre de ce travail dédié aux deux types de chirurgie les plus fréquemment pratiquées pour ce groupe de population : la chirurgie de la valve aortique et la chirurgie de revascularisation coronarienne. Le substitut valvulaire aortique idéal pour une personne âgée considérée à risque opératoire élevé suscite toujours un débat. Depuis quelques années, avec les progrès technologiques en chirurgie cardiaque, les valves sans suture (V-SS) en général et la Perceval en particulier, constituent une excellente alternative à la prothèse standard chez ce sous-groupe de patients. Tout en diminuant le temps opératoire, la Perceval ne compromet ni la qualité ni la sécurité de l’acte chirurgical et elle présente des bénéfices cliniques et hémodynamiques aussi bien à court et à long terme. Pour le démontrer nous vous présentons les résultats d’une étude de cohorte regroupant 215 patients consécutifs qui a permis d’évaluer l’efficacité et la durabilité de la Perceval. Notre étude se veut l’appui qui soutiendra la place et l’apport de la Perceval dans l’arsenal thérapeutique du remplacement valvulaire aortique (RVA). Comme toutes les bioprothèses, la Perceval est soumise à un risque faible, mais constant à long terme de dégénérescence structurale et qui pourrait éventuellement nécessiter une réintervention. Pour clarifier cette problématique, nous vous présentons une étude descriptive rapportant notre expérience dans la prise en charge de la détérioration structurale de la prothèse Perceval. De plus, cette étude a permis de mettre en lumière la complémentarité parfois inattendue (dans des conditions urgentes) de ces approches thérapeutiques ( TAVI et Perceval) chez les patients à risque élevé. De nos jours, un certain pourcentage des malades orientés vers une revascularisation chirurgicale présente une pathologie coronarienne assez diffuse et complexe qui peut compromettre la revascularisation coronarienne souhaitable. A cet effet, l’endartériectomie coronarienne (EC), une ancienne technique largement utilisée auparavant, puis délaissée par la suite, mérite d’être reconsidérée chez ces patients. La troisième étude présentée dans ce mémoire rapporte les résultats d’une cohorte de 147 patients atteints de maladie coronarienne diffuse. En plus d’être sécuritaire, notre étude documente la perméabilité à court et à moyen terme d’un sous groupe de patient étudié avec un angioscanner coronaire. / Currently, several cardiac surgery centers have noted an increase in the number of elderly patients referred for surgery. The major decline in birth rates and deaths in all age groups has contributed to the gradual aging of populations in industrialized countries. It is well known that the prevalence of cardiovascular pathologies increases with age and puts this group of elderly patients at high risk for surgery. Three studies were carried out as part of this work dedicated to the two types of surgery most frequently performed for this population group: aortic valve surgery and coronary revascularization surgery. The ideal aortic valve substitute for an elderly person considered to be at high operative risk is still a subject of debate. In recent years, with technological advances in cardiac surgery, sutureless valves (V-SS) in general and the Perceval in particular have been an excellent alternative to the standard prosthesis in this subgroup of patients. While reducing operating time, Perceval does not compromise the quality or safety of the surgical procedure and it offers clinical and hemodynamic benefits both in the short and long term. To demonstrate this, we present to you the results of a cohort study involving 215 consecutive patients which made it possible to evaluate the effectiveness and durability of Perceval. Our study is intended to support the place and contribution of Perceval in the therapeutic arsenal of aortic valve replacement (AVR). Like all bioprostheses, Perceval is subject to a low, but constant long-term risk of structural degeneration which may eventually require reoperation. To clarify this problem, we present to you a descriptive study reporting our experience in the management of structural deterioration of the Perceval prosthesis. In addition, this study shed light on the sometimes unexpected complementarity (in urgent conditions) of these therapeutic approaches (TAVI and Perceval) in high-risk patients. Nowadays, a certain percentage of patients referred for surgical revascularization present a fairly diffuse and complex coronary pathology which can compromise the desirable coronary revascularization. To this end, coronary endarterectomy (CE), an old technique widely used before, then abandoned thereafter, deserves to be reconsidered in these patients. The third study presented in this thesis reports the results of a cohort of 147 patients with diffuse coronary artery disease. In addition to being safe, our study documents the short- and medium-term patency of a subgroup of patients studied with a coronary CT angiography.

réalisé en cotutelle avec le Dr. Marie Kmita et Dr. Marco Horb / Chez l’humain, les maladies congénitales cardiaques (MCC) sont présentes chez 3-4% des nouveaux nés et sont une cause importante de mortalité infantile et de morbidité dans le monde. La majorité des MCCs implique les valves et les septums, qui proviennent des cellules endocardiques. Les valves aortiques bicuspides (VAB) sont la MCC la plus fréquente chez l’humain, avec un taux estimé de 1-2% dans la population. Cependant, les gènes et les mécanismes moléculaires qui causent cette malformation demeurent obscures. Le facteur de transcription GATA5 est exprimé dans les cellules et les coussins endocardiques de façon transitoire durant la septation et la formation des compartiments cardiaques. Chez le poisson zèbre, des mutations dans le gène Gata5 causent des malformations cardiaques sévères incluant l’absence de cellules endocardiques. In vitro, l’inhibition de Gata5 bloque la différentiation endocardique. Ces études suggéraient donc un rôle important de GATA5 dans la formation du cœur. Dans le cadre de ce projet de doctorat, nous avons analysé le rôle de GATA5 dans le développement du cœur en produisant des lignées de souris chez lesquelles le gène Gata5 était inactif soit dans toutes les cellules ou uniquement dans les cellules endocardiques. Les souris possédant 2 allèles mutées du gène Gata5 étaient viables mais plus de 26% des souris Gata5-/- ont développé des VABs. Par ailleurs, une incidence similaire de VABs a été obtenue chez les souris ayant une délétion spécifique de Gata5 des cellules endocardiques, obtenue en croisant les souris Gata5WT/Flox avec les souris transgéniques Tie2-Cre. Sur le plan mécanistique, une réduction significative de JAG1, un corécepteur pour Notch1, ainsi qu’une augmentation marquée de Rbj un répresseur de cette voie, ont été détectés chez les souris Gata5-/- et Tie2- cre+;Gata5Flox/Flox, suggérant qu’une dérégulation de la voie Notch dans les cellules endocardiques puisse être la cause des VABs. Ces résultats démontrent l’importance de GATA5 pour le développement endocardique et la formation de la valve aortique. De plus, ils identifient GATA5 comme gène candidat de MCCs chez l’humain. Environ 12-14% des MCCs sont causés par le développement anormal de la voie de chasse, menant aux malformations telles que la transposition des grandes artères, la tétralogie de Fallot ou le syndrome du ventricule droit à double issue. Des mutations dans Gata4 et Gata6 sont associés à des défauts de la voie de chasse, dans plusieurs espèces incluant l’humain. Nous avons examiné si GATA5 interagit avec GATA4 ou GATA6 dans le développement de la voie de chasse. Alors que les souris hétérozygotes pour Gata5, Gata4 ou Gata6 ont des défauts cardiaques subtiles et sont viables, les embryons Gata4+/-Gata5+/- et Gata5+/-Gata6+/- démontrent une létalité embryonnaire et périnatale due à des défauts cardiaques, tel qu’un ventricule droit à double issue et des défauts de septation ventriculaire. Ces résultats indiquent l'importance des interactions génétiques entre GATA5 et les autres facteurs GATA pour la rotation et l’alignement de la voie de chasse au cours du développement cardiaque et soulèvent la possibilité que des changements subtiles de l'activité de 2 facteurs GATA puissent mener à des MCCs chez l'humain. / Congenital heart defect (CHD) in humans occur in 3-4% of live birth and is a major cause of infant mortality and morbidity in the world. The majority of CHD involves the valves and septa, which originate from endocardial cells. Bicuspid aortic valve (BAV) is the most common CHD in humans with an estimated rate of 1-2% in the population. However, very few genes have been linked to this defect and the mechanisms underlying BAV formation remain undefined. GATA5, a member of the GATA family of transcription factors, is expressed in a spatial and temporal manner in the developing heart where it is predominantly found in endocardial cells and endocardial cushions (ECs) of the outflow tract (OFT) and atrioventricular canal between E9.5-E12.5 in the mouse. Mutations in the Gata5 gene in zebrafish (faust mutants) cause cardia bifida and lead to endocardial cell depletion. In vitro studies using antisense mRNA against Gata5 revealed a critical role for this gene in differentiation of endocardial cells. In the context of the present doctoral research project, we investigated the role of GATA5 in mammalian heart development by generating a mouse line with a null Gata5 allele. Gata5 null mice are viable but over 26% of them developed BAVs. Endocardial specific deletion of Gata5 obtained by crossing mice with floxed (Flox) Gata5 alleles with Tie2-cre transgenic mice resulted in a similar incidence of BAVs. RNA profiling revealed that Jag-1, a co-receptor for Notch1, is significantly downregulated in both Gata5 null and Tie2-cre+;Gata5Flox/Flox mice, suggesting that disruption of Notch signaling in endocardial cells may be the underlying mechanism of disease. These findings reveal an important function for GATA5 in endocardial cell development and aortic valve formation and identify GATA5 as an important candidate CHD causing gene. Abnormal development of the OFT accounts for about 12-14% of all CHDs, leading to malformations such as persistent truncus arteriosus (PTA), tetralogy of Fallot (TOF), double outlet right ventricle (DORV) and transposition of the great arteries (TGA). Both GATA4 and GATA6 play important role in OFT development. We tested whether GATA5 might interact genetically with GATA4 and GATA6 for proper heart morphogenesis. We found that, whereas mice lacking a single copy of Gata5, Gata4 or Gata6 have subtle cardiac defects, the Gata4+/-Gata5+/- and Gata5+/-Gata6+/- mutant embryos show embryonic and perinatal lethality due to severe heart defects, including double outlet right ventricle and ventricular septal defects. These findings reveal the importance of genetic interactions between GATA5 and the other cardiac GATA factors in the normal rotation and patterning of the OFT during heart development in vivo. The results raise the possibility that subtle alterations in the level or activity of 2 cardiac GATA factors might lead to congenital heart disease in human.

Abdominal aortic aneurysm (AAA) is defined as a dilatation of the abdominal aorta exceeding the normal diameter by more than 50%. The standard and widely used approach to assess AAA size is by measuring the maximal diameter (Dmax). Currently, the main predictors of rupture risk are the Dmax, sex, and the expansion rate of the aneurysm. Yet, Dmax has some limitations. AAAs of vastly different shapes may have the same maximal diameter. Dmax lacks sensitivity for rupture risk, especially among smaller AAAs. Thus, there is a need to evaluate the susceptibility of a given AAA to rupture on a patient-specific basis. We present the design concept and workflow of the AAA segmentation software developed at our institution. We describe the previous validation steps in which we evaluated the reproducibility of manual Dmax, compared software Dmax against manual Dmax, validated reproducibility of software Dmax and volume in cross-sectional and longitudinal studies for detection of AAA growth, and evaluated the reproducibility of software measurements in unenhanced computed tomographic angiography (CTA) and in the presence of stent-graft. In order to define new geometric features associated with rupture, we performed a case-control study in which we compared 63 cases with ruptured or symptomatic AAA and 94 controls with asymptomatic AAA. Univariate logistic regression analysis revealed 14 geometric indices associated with AAA rupture. In the multivariate logistic regression analysis, adjusting for Dmax and sex, the AAA with a higher bulge location and higher mean averaged surface area were associated with AAA rupture. Our preliminary results suggest that incorporating geometrical indices obtained by segmentation of CT shows a trend toward improvement of the classification accuracy of AAA with high rupture risk at CT over a traditional model based on Dmax and sex alone. Larger longitudinal studies are needed to verify the validity of the proposed model. Addition of flow and biomechanical simulations should be investigated to improve rupture risk prediction based on AAA modeling. / Un anévrysme de l'aorte abdominale (AAA) est défini par une dilatation de plus de 50% par rapport au diamètre normal. La méthode standard et largement répandue pour mesurer la dimension d'un AAA consiste à mesurer le diamètre maximal (Dmax). Présentement, les principaux prédicteurs de risque de rupture sont le Dmax, le sexe et le taux d'expansion d'un anévrysme. Toutefois, le Dmax a certaines limitations. Des AAAs de formes très différentes peuvent avoir le même diamètre maximal. Le Dmax manque de sensibilité pour détecter le risque de rupture, en particulier pour les petits anévrysmes. Par conséquent, il y a un besoin d'évaluer de manière spécifique et individuelle la susceptibilité de rupture d'un AAA. Nous présentons le concept et le flux de travail d'un logiciel de segmentation des AAAs développé à notre institution. Nous décrivons les étapes antérieures de validation: évaluation de la reproductibilité du Dmax manuel, comparaison de Dmax par logiciel avec Dmax manuel, validation de la reproductibilité du Dmax et volume par logiciel dans des études transversale et longitudinale pour la détection de croissance et évaluation de la reproductibilité de mesures sur angiographie par tomodensitométrie et en présence d'endoprothèse. En vue d’identifier de nouveaux paramètres géométrique associés avec le risque de rupture, nous avons réalisé une étude cas-témoin comparant 63 cas avec AAA rompu ou symptomatique et 94 contrôles avec AAA asymptomatique. Une analyse de régression logistique univariée a identifié 14 indices géométriques associés avec une rupture de AAA. Dans l'analyse de régression logistique multivariée, en ajustant pour le Dmax et le sexe, les AAA avec un bombement plus haut situé et une surface moyenne plus élevée étaient associés à une rupture. Nos résultats préliminaires suggèrent que l'inclusion d'indices géométriques obtenus par segmentation de tomodensitométrie tend à améliorer la classification de AAA avec un risque de rupture par rapport à un modèle traditionnel seulement basé sur le Dmax et le sexe. De plus larges études longitudinales sont requises pour vérifier la validité du modèle proposé. Des simulations de flux et biomécaniques devraient être envisagées pour améliorer la prédiction du risque de rupture basée sur la modélisation d'anévrysmes. / This thesis was created in Word and converted to PDF using Mac OS X 10.7.5 Quartz PDFContext.