L’adhérence, l’activation et l’agrégation des plaquettes sanguines sont essentielles à l’hémostase mais peuvent également conduire à la thrombose artérielle sur plaque d’athérosclérose, aujourd’hui première cause de mortalité dans le monde. Les anti-thrombotiques actuels, dirigés contre l’activation et l’agrégation plaquettaires, ont une efficacité reconnue mais ont pour inconvénient d’augmenter le risque de saignement. L’objectif de cette thèse a été d’explorer de nouvelles stratégies réduisant la thrombose tout en préservant l’hémostase. L’utilisation de souris modifiées génétiquement a mis en évidence que l’intégrine alpha6 beta1, impliquée dans l’adhérence des plaquettes aux laminines, joue un rôle critique en thrombose expérimentale mais pas en hémostase. De plus, nous avons montré dans un système de perfusion de sang qu’une protéine préférentiellement exprimée dans les plaques d’athérosclérose, la ténascine-C, permet l’adhérence et l’activation des plaquettes. En revanche, la beta-arrestine-1, une protéine de signalisation, ne contribue que modestement aux fonctions plaquettaires et à la thrombose. En conclusion, ce travail a permis de dégager deux nouvelles pistes anti-thrombotiques potentiellement capables de préserver l’hémostase, basées sur le ciblage de l’intégrine alpha6 beta1 ou de l’interaction plaquette/ténascine-C. / Following vascular injury, blood platelet adhesion, activation and aggregation are essential for hemostasis but can also lead to arterial thrombosis, which is a leading cause of death worldwide. Current antithrombotic drugs impede platelet activation and aggregation, thereby considerably reducing cardiovascular mortality, but their use is linked to an increased bleeding risk. This thesis aimed to explore more selective strategies causing minimal perturbation of hemostasis. The use of genetically-modified mice has revealed an unsuspected important contribution of integrin alpha6 beta1, which mediates platelet adhesion to laminins, to experimental arterial thrombosis but not hemostasis. In addition, we showed that tenascin-C, an extracellular matrix protein overexpressed in atherosclerotic plaques, can support platelet adhesion and activation under flow. In contrast, the signaling protein beta-arrestin-1 does not play a major role in platelet function, hemostasis and thrombosis. In conclusion, this work provides two interesting candidates, namely integrin alpha6 beta1 and tenascin-C, to put into practice the concept of targeting thrombosis while minimally impairing hemostasis.

La reperfusion complète et précoce est le moyen le plus efficace pour limiter l'extension de l'infarctus cérébral et les séquelles neurologiques. Le traitement de l'infarctus cérébral a été révolutionné par la thrombectomie mécanique intra-artérielle en permettant une recanalisation dans plus de 70% des cas et une réduction significative de la morbidité comparativement à la thrombolyse seule pour le territoire carotidien. Le pronostic des occlusions basilaires reste dramatique et aucun essai n'a démontré le bénéfice de l'approche intra-artérielle à l'heure actuelle. Dans la première partie du travail, nous avons réalisé une méta-analyse sur la thrombectomie par «stent-retriever» des occlusions basilaires, à partir des résultats publiés dans MEDLINE entre novembre 2010 et avril 2014: recanalisation angiographique (TICI≥2b)=81% (IC 95%: 73-87); hémorragie cérébrale symptomatique à 24 heures=4% (IC 95%: 2-8); évolution neurologique favorable (mRS≤2 à 3 mois)=42% (IC 95%: 36-48); mortalité=30% (IC 95%: 25-36). L'approche intra-artérielle ouvre une nouvelle ère thérapeutique, cependant un modèle animal adapté et pertinent est nécessaire pour l'évaluation pré-clinique. Dans la deuxième partie du travail, nous avons caractérisé l'évolution spatio-temporelle précoce de l'infarctus par IRM multimodale dans un modèle d'ischémie cérébrale focale transitoire réalisé par occlusion sélective intra-artérielle de l'artère cérébrale moyenne chez le rat adulte. Une occlusion complète de l'artère cérébrale moyenne proximale était observée dans 75% des 16 rats opérés, et un mismatch diffusion/perfusion dans 77% des cas. Le volume ischémique durant l'occlusion artérielle, définie sur la séquence de diffusion, était de 90±64 mm3 et de 57±67 mm3 à 24 heures sur la séquence T2. La recanalisation artérielle s'associe à une reperfusion tissulaire dans 36% des cas. L'hypoperfusion persistait chez la majorité des animaux 3 heures après recanalisation. L'infarctus était de localisation cortical dans 31%, striatale dans 25%, et cortico-striatale dans 44%. Tous les animaux étaient en vie à 24 heures confirmant le caractère mini-invasif de ce modèle. Bien que la reperfusion sauve incontestablement une partie du parenchyme ischémique, elle s'accompagne également de lésions irréversibles spécifiques, dites de reperfusion, s'ajoutant aux lésions initiales. Limiter l'importance des lésions de reperfusion représente un objectif thérapeutique majeur. Dans la troisième partie, nous avons testé l'effet neuroprotecteur de la Cyclosporine A sur la réduction du volume de l'infarctus cérébral et sur le pronostic clinique. Une procédure d'ischémie reperfusion cérébrale de 60 minutes a été réalisée chez 48 animaux, puis ont été randomisés en quatre groupes (groupe témoin, pré-conditionnement, postconditionnement intraveineux et intra-artériel avec la Cyclosporine A à la dose de 10 mg/kg dans les 30 secondes suivant la reperfusion). Sur les 43 animaux inclus dans l'analyse, il n'a pas été observé de réduction du volume ischémique ni une amélioration du pronostic après injection intraveineuse ou intra-artérielle de Cyclosporine A. La Cyclosporine A ne permet pas non plus de limiter l'extension des lésions de reperfusion au sein de la zone à risque à 24 heures de la reperfusion cérébrale / Early and complete reperfusion is the most effective therapy to limit the extent of brain infarction. The treatment of acute anterior ischemic stroke has been revolutionized by the intra-arterial mechanical thrombectomy allowing a 70% recanalization rate and a significant reduction of morbidity compared with thrombolysis alone. The prognosis of basilar artery occlusion remains catastrophic, and to date any trial has demonstrated the benefit of intra-arterial approach. In the first part of the work, we conducted a systematic review and meta-analysis of all previous studies of stent retriever thrombectomy in basilar artery occlusion patients between November 2010 and April 2014: recanalization (TICI≥2b)=81% (95% CI: 73-87); symptomatic intracranial haemorrhage at 24 hours=4% (95% CI 2-8); favorable neurological outcome (mRS≤2 at 3 months)=42% (95% CI: 36-48); mortality=30%(95% CI 25-36). Intra-arterial approach opens new avenues for the developement of treatments for brain infarction, but a relevant animal model of acute ischemic stroke is required for preclinical evaluation. In the second part of the work, we evaluated the spatiotemporal evolution of cerebral ischemia by sequential multimodal MRI in a new minimally invasive model of transient focal ischemia by selective intra-arterial occlusion of the middle cerebral artery in rat. A complete occlusion of the proximal portion of the middle cerebral artery was observed in 75% of 16 operated rats, and a mismatch diffusion/perfusion in 77% of cases. Acute stroke volume during arterial occlusion was 90±64 mm3 on diffusion-weighted imaging, and 57±67 mm3 at 24 hours on T2-weighted imaging. Recanalization is associated with tissue reperfusion in 36% of cases. The hypoperfusion persisted in the majority of animals 3 hours after recanalization. Brain infarction was cortical in 31%, striatal in 25%, and corticalstriatal in 44% of cases. All animals were alive at 24 hours, confirming the minimally invasive nature of the model. Although reperfusion saves a portion of ischemic tissue, it also carries specific irreversible damage, called reperfusion injury, in addition to initial damage caused by ischemia. Limiting the size of infarction is a major objective. In the third part, we tested the neuroprotective effect of Cyclosporine A in reducing the lesion volume and functional outcome. A total of 48 adult rats underwent the intra-arterial ischemia reperfusion procedure, and were randomly assigned to four treatment groups (control, preconditioning, intravenous and intra-arterial postconditioning with Cyclosporine A). Intravenous or intra arterial injection of Cyclosporine A at reperfusion does not either reduce the volume of stroke or improve the neurological outcome. Administation of Cyclosporin A at reperfusion does not limit the extension of reperfusion injuries within the ischemic risk area at 24 hours

Les fibres élastiques, constituées essentiellement d'élastine (90%), procurent aux vaisseaux sanguins leurs propriétés d'élasticité et de résilience. L'élastine est synthétisée a partir d'un précurseur –la tropoélastine- seulement depuis la grossesse jusqu'à la fin de la puberté. Au cours du vieillissement physiologique, l'augmentation de l'expression des enzymes élastolytiques, la calcification aortique ainsi que la glycation des protéines constituent les principaux mécanismes biologiques de la dégradation du stock non-renouvelable des fibres élastiques et, par conséquence, de la rigidité artérielle. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié l'impact du traitement chronique (3 mois) par le minoxidil (120 mg/L) ou par un extrait de graines d'aneth (5% ou 10 % v/v) -dans l'eau de boisson- sur la production d'élastine in vivo et sur le fonctionnement et la structure des artères élastiques (aorte abdominale ou ascendante) des souris adultes (6 mois) et âgées (24 mois) des deux sexes. Le traitement par l'extrait d'aneth a ré-induit la synthèse des fibres élastiques chez les souris adultes et âgées, alors que, chez les souris traitées par le minoxidil, nous avons observé l'apparition de ces néo-fibres seulement chez les souris âgées. D'autre part, les deux traitements ont préservé l'intégrité des lames élastiques en diminuant nettement leur taux de ruptures lié à l'âge. Le dosage des protéines de la matrice extracellulaire a révélé que le traitement par l'extrait d'aneth ou par le minoxidil augmente la quantité de desmosine (élastine) dans la paroi artérielle des souris femelles, alors que, chez les souris males, seulement l'extrait d'aneth a induit une faible augmentation de cette protéine. L'étude biomécanique de l'aorte a montré que les deux traitements améliorent significativement la distensibilité de l'aorte, surtout chez les souris femelles. En outre, le traitement par l'extrait d'aneth a réversé l'hypertrophie cardiaque lié à l'âge seulement chez les souris males âgées. Nos résultats montrent que l'extrait d'aneth et le minoxidil possèdent des potentialités anti-vieillissement cardiovasculaire chez la souris. Ces deux produits pourraient faire l'objet des études cliniques ultérieures pour confirmer leurs effets chez l'Homme. / Elastic fibers, primarily composed of elastin (90%), endow the blood vessels with the mechanical properties of elasticity and resilience, which are essential to their function. Elastin is synthesized as a precursor, tropoelastin, only from the late stages of gestation until late childhood. During physiological aging, increased elastolytic activity, aortic calcification and protein glycation are the main mechanisms of elastic fibers degradation and, thereafter, arterial rigidity. In this work, we investigated the impact of chronic treatment (3 months) with dill extract (5% or 10% v/v) or with minoxidil (120 mg/L) -in drinking water- on elastin production in vivo and structure and function of elastic arteries (abdominal and ascending aorta) of adult (6-month-old) and aged (24-month-old) male and female mice. Treatment with dill extract re-induced the elastic fiber formation in both adult and aged mice. However, treatment with minoxidil induced elastic fiber formation in aged mice only. Both treatments preserved elastic lamella integrity by reducing their age-related disruptions. Extracellular matrix protein quantification revealed that chronic treatment with dill extract or minoxidil increase desmosine (elastin) levels in the arterial wall of female mice, whereas in male mice, only dill extract slightly increases the desmosine level. Regarding the blood vessel biomechanics, both treatments enhanced aortic distensibility, especially in female mice. Moreover, treatment with dill extract reversed the age-related cardiac hypertrophy only in male mice. Our results suggest that dill extract and minoxidil have potential anti-aging effects on the cardiovascular system. Both products may be of interest to subsequent clinical trials to confirm their effects in human beings.

L'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est caractérisée par un intense remodelage de la microcirculation pulmonaire affectant principalement les artérioles pulmonaires musculaires. Lorsqu'elle survient en l'absence de condition associée, l'HTAP est considérée comme idiopathique (HTAPi). L'HTAP représente une pan-vasculopathie au cours de laquelle chaque type cellulaire (cellules endothéliale, musculaire lisse, fibroblaste) constituant la paroi vasculaire joue un rôle spécifique dans la réponse à l'agression. Les buts de ce travail étaient d'explorer l'implication de différentes voies de signalisation dans l'initiation ou la progression de la maladie. Les différentes études ont été réalisées à partir de cultures de cellules musculaires lisses (CML) d'artère pulmonaire et de cellules endothéliales (CE) pulmonaires obtenues à partir de prélèvements pulmonaires humains obtenus lors de transplantation chez des patients souffrant d'HTAP réfractaire.Des études antérieures avaient souligné le rôle majeur de la sérotonine au cours de l'HTAP idiopathique. Dans une première étude, nous avons étudié le rôle respectif de la sérotonine (5-HT), de son transporteur (5-HTT) ou de ses récepteurs (5-HT1B, 5-HT2A et 5-HT2B) dans le remodelage vasculaire pulmonaire mis en évidence dans l'HTP associée à diverses conditions. Les résultats de cette première étude montraient qu'une surexpression du 5-HTT dans les CML d'artère pulmonaire est une voie physiopathologique commune impliquée dans le remodelage vasculaire pulmonaire observé dans l'HTAP idiopathique, la maladie veino-occlusive et l'HTAP associée à différentes pathologies.Des mécanismes inflammatoires jouent probablement un rôle important dans la physiopathologie du remodelage microvasculaire pulmonaire. En effet, des infiltrats composés de cellules inflammatoires mononucléées (macrophages, lymphocytes T et B et cellules dendritiques) sont fréquemment mis en évidence autour des lésions vasculaires pulmonaires de patients présentant une HTAP idiopathique. Les mécanismes impliqués dans le recrutement de ces cellules mononucléées demeurent mal compris et nous avons étudié le rôle d'une chimiokine, CC chemokine ligand 2 (CCL2). Les résultats de cette seconde étude montraient que CCL2 était surexprimée au cours de l'HTAP idiopathique. La source de cette surexpression semblait provenir des cellules endothéliales pulmonaires. CCL2 agissait non seulement sur le recrutement des monocytes mais également sur les cellules musculaires lisses vasculaires pulmonaires en stimulant leur prolifération et leur migration.Des mutations germinales de gènes codant pour des membres de la famille des récepteurs du TGF tels que BMPR2 (Bone Morphogenic Protein Receptor type 2) sont retrouvées dans près de 70% des cas d'HTAP familiale mais également chez 10 à 30 % des cas d'HTAPi apparemment non familiales. Ces patients sont regroupés sous le terme d'HTAP « héritable » (HTAPh). Nous avons, dans une troisième étude, évalué si la dysfonction des voies de signalisation secondaires aux mutations de BMPR2 pouvait avoir des conséquences sur la voie de l'endothéline 1 (ET-1) qui représente l'une des cibles thérapeutiques de choix au cours de l'HTAP. Les résultats de cette troisième étude montraient que l'ET-1 était surexprimée au cours de l'HTAP avec ou sans mutation de BMPR2. En revanche, une surexpression des récepteurs ET-A dans les CML était mise en évidence au cours de l'HTAPh et était associée à une augmentation de l'effet pro-proliférant de l'ET-1 sur les CML.Ces résultats révèlent que des facteurs vaso-actifs (ET-1, 5-HT) et inflammatoires jouent un rôle déterminant dans la physiopathologie de l'HTAP et pourraient représenter de nouvelles cibles thérapeutiques. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is characterized by intense pulmonary vascular remodelling affecting mainly the muscular pulmonary arteries and leading to increased pulmonary vascular resistance. When it occurs in the absence of associated conditions, PAH is regarded as idiopathic (iPAH). PAH represents a panvasculopathy in which each cell type constituting the vascular wall (endothelial cells, smooth muscle cells, fibroblast) plays a specific role. The aims of this work were to explore the implication of various pathways in the initiation or the progression of the disease. The various studies were carried out using pulmonary artery smooth muscle cells (PASMC) and pulmonary endothelial cells (PEC) obtained during lung transplantation from patients with refractory PAH.Former studies have emphasized the major role of serotonin (5-HT) in the process of pulmonary vascular remodelling in iPAH. In a first study, we studied the respective role of 5-HT, the 5-HT transporter (5-HTT) and several 5-HT receptors (5-HT1B, 5-HT2A and 5-HT2B) on PASMC proliferation in cells from patients with PH associated with various conditions. The results of this first study showed that 5-HTT overexpression in PASMC is a common pathogenic mechanism in various forms of PH.Inflammatory cytokines may affect pulmonary vascular remodelling in iPAH. Indeed, iPAH frequently reveals inflammatory infiltrates corresponding to macrophages, lymphocytes and dendritic cells in the range of plexiform lesions as well as in other vascular lesions. The mechanisms underlying pulmonary vessel infiltration by monocytes / macrophages are unclear and the role for inflammatory cells in pulmonary vascular remodeling remains to be elucidated. This second study showed that iPAH is associated with an overexpression of CCL2. PEC are a major source of CCL2, which behaves as chemoattractant for circulating inflammatory cells and as growth factor for PASMC.Germline mutations of bone morphogenetic protein (BMP) receptor type 2 (BMPR-2), a member of the transforming growth factor (TGF)-β receptor family, have been reported in nearly 70% of patients with the heritable form of the disease (hPAH), and in 10–30% of patients with sporadic iPAH. In a third study, we evaluated the functional consequences of BMPR-2 mutations on the endothelin 1 (ET-1) pathway which represents one of the therapeutic targets on PAH. The results of this third study showed that iPAH and hPAH were associated with a similar overexpression of ET-1. In contrast, ETA receptor mRNA levels which were increased in PASMC from patients with iPAH and hPAH compared to controls were much higher in hPAH than in iPAH cells. Consequently, the growth promoting effect of ET1 on PASMC was higher in PASMC from patients with iPAH, and was markedly elevated in PASMC from patients with hPAH. No changes in ETB receptor mRNA levels could be detected in PASMC from patients with iPAH or hPAH in comparison with controls.These results reveal that vasoactive factors (ET-1, 5-HT) and inflammatory factors play a determining role in the pathophysiology of PAH and could represent new therapeutic targets.

Les pathologies vasculaires provoquent un remodelage de la paroi artérielle pouvant entraîner une modification de sa rigidité et de son comportement mécanique. L’objectif de cette thèse est de proposer des méthodes de caractérisation mécanique permettant d’identifier les changements de propriétés mécaniques artérielles dans le cadre de deux situations pathologiques : l’anévrysme de l’aorte abdominale (AAA) et l’hypertension artérielle (HTA). La première étude a consisté à évaluer in vitro les modifications de fonctionnalité de l’artère dans le cas d’un AAA obtenu par le modèle de xénogreffe chez le rat qui permet de reproduire certains aspects de la pathologie humaine et qui est utilisé pour la mise au point de thérapies cellulaires. Une analyse des variations régionales des propriétés mécaniques du tissu anévrysmal a d’abord été menée en effectuant des tests de traction sur anneaux d’AAA. Des tests d’extension-inflation ont ensuite été réalisés sur la structure vasculaire pour des conditions de chargement reproduisant celles observées in vivo. Dans chacun des cas, une méthode inverse couplée à un modèle numérique par éléments finis a été développée afin d’identifier les paramètres matériaux du tissu vasculaire. Dans la deuxième étude, la rigidité artérielle a été mesurée in vivo sur une population de patients atteints d’HTA et de sujets sains en utilisant deux méthodes non-invasives qui ont été développées et optimisées : l’imagerie ultrarapide de l’onde de pouls et l’élastographie par ondes de cisaillement de la paroi artérielle. Ces deux méthodes s’appuient sur un échographe ultrarapide. La vitesse de l’onde de pouls locale sur un segment de la carotide a ainsi pu être évaluée, ainsi que la vitesse de propagation d’ondes de cisaillement générées dans la paroi à plusieurs instants du cycle cardiaque. Les deux approches in vitro et in vivo ont ainsi permis d’évaluer certains changements de propriétés mécaniques de la paroi artérielle dans des cas pathologiques. Bien que tous les mécanismes biologiques de l’AAA et de l’HTA soient complexes, ce travail permet de contribuer à une meilleure compréhension des pathologies vasculaires pouvant ainsi aider au choix ou au développement de traitements adaptés, tant d’un point de vue pharmacologique que dans le cadre de nouvelles thérapies cellulaires. / Vascular pathologies are generally accompanied by a remodeling of the arterial wall that may lead to modifications of its stiffness and mechanical behavior. The goal of this thesis is to propose methods of mechanical characterization allowing to detect the changes in arterial mechanical properties in the case of two pathologies: abdominal aortic aneurysm (AAA) and arterial hypertension (HTA). The first study consisted in evaluating in vitro the arterial functional modifications in the case of an AAA obtained by the rat xenograft model which reproduces several biological features of the human pathology and is used to develop cell therapies. First, the assessment of regional variations in mechanical properties of aneurysmal tissue was conducted by carrying out traction tests on rings from AAAs. Then, extension-inflation tests were conducted on the vascular structure for loading conditions replicating those observed in vivo. In each case, an inverse method associated with a numerical finite element model was developed to identify the material parameters of vascular tissue. In the second study, arterial stiffness was measured in vivo for a population of hypertensive patients and healthy subjects using two non-invasive methods which were developed and optimized: ultrafast imaging of the pulse wave and shear wave elastography of the arterial wall. These two methods are based on an ultrafast ultrasound scanner. Thus the local pulse wave velocity on a segment of the carotid artery was assessed, as well as the propagation speed of shear waves created in the arterial wall at several moments during the cardiac cycle. Both in vitro and in vivo approaches enabled to evaluate some changes in mechanical properties of the arterial wall in pathological cases. Although all the biological mechanisms of AAA and HTA are complex, this work provides a contribution to a better understanding of vascular pathologies and can thereby assist in the choice or development of adapted treatments, from both a pharmacological point of view, and within the context of new cell therapies.

A. INTRODUCTION<p>A.1. The sympathetic nervous system.<p>A.1.1. General considerations and historical perspective.<p>A.1.1.1. Historical perspective<p>A.1.1.2. Reflex regulation of the autonomic nervous system<p>A.1.1.3. Central control of the autonomic nervous system<p>A.1.1.4. Sympathetic and parasympathetic components of the autonomic<p>nervous system<p>A.1.1.5. Organisation of the sympathetic nervous system<p>A.1.1.6. Functions of the sympathetic nervous system<p>A.1.1.7. Neurotransmitters of the sympathetic nervous system<p>A.1.1.8. Neurotransmitter secretion at effectors organ synapse<p>A.1.1.9. Adrenoreceptors<p>A.1.2. Control mechanisms<p>A.1.2.1. Aortic arch and carotid baroreceptors<p>A.1.2.2. Low pressure baroreceptors<p>A.1.2.3. Chemoreceptors<p>A.1.2.4. Effects of exercise on sympathetic nervous system activation<p>A.1.2.5. Effects of left ventricular dysfunction on sympathetic nervous<p>system activation<p>A.1.2.6. Effects of right ventricular dysfunction and heart<p>transplantation on sympathetic nervous system activity<p>A.2. Methodological considerations.<p>A.2.1. Assessment of sympathetic activity in humans<p>A.2.2. Circulating catecholamines<p>A.2.3. Microneurography<p>A.3. Ergospirometry<p>A.3.1. Several aspects of physiology of exercise<p>A.3.2. Principles of exercise testing<p>A.3.3. Exercise ventilation<p>A.4. Assessment of chemoreceptor regulation in humans<p>A.4.1. Peripheral chemoreceptor inhibition<p>A.4.2. Peripheral and central chemoreceptor activation<p>A.5. Brief summary of still unresolved questions<p>A.5.1. Pulmonary arterial hypertension<p>A.5.2. Heart transplantation<p>B. SYMPATHETIC CONTROL IN PULMONARY ARTERIAL HYPERTENSION<p>B.1. Hypothesis tested<p>B.2. Study populations<p>B.2.1. Study investigating sympathetic activity in PAH patients<p>B.2.2. Study investigating the effects of atrial septostomy on MSNA in PAH<p>patients<p>B.3. Material, methods and study protocols<p>B.3.1. Particular measurements in the study investigating sympathetic activity<p>in PAH patients<p>B.3.2. Particular measurements in the study investigating effects of atrial<p>septostomy on MSNA in PAH patients<p>B.4. Sympathetic nervous activity in PAH and effects of disease severity<p>B.5. Effects of chemoreflex activation<p>B.6. Effects of atrial septostomy<p>C. SYMPATHETIC CONTROL AFTER HEART TRANSPLANTATION<p>C.1. Hypothesis tested<p>C.2. Patient population<p>C.3. Material and methods<p>C.4. Effects of chemoreflex activation on sympathetic activity and blood pressure<p>C.5. Effects of chemoreflex activation on exercise intolerance<p>D. DISCUSSION<p>D.1. Sympathetic nervous system activation in patients with pulmonary arterial<p>hypertension<p>D.2. Effects of atrial septostomy on sympathetic nervous system activation<p>D.3. Chemoreceptors in heart transplant recipients<p>D.3.1. Peripheral chemoreceptors deactivation<p>D.3.2. Peripheral and central chemoreceptors sensitivity<p>E. CONCLUSIONS<p>F. REFERENCE LIST<p>G. ANNEXES<p>G.1. Publications<p>G.1.1. Velez-Roa and Ciarka et al, Increased sympathetic nerve activity in<p>pulmonary artery hypertension, Circulation. 2004 Sep 7;110(10):1308-<p>12.<p>G.1.2. Ciarka et al, Atrial septostomy decreases sympathetic overactivity in<p>pulmonary arterial hypertension, Chest. 2007 Jun;131(6):1831-7.<p>G.1.3. Ciarka et al, Effects of peripheral chemoreceptors deactivation on<p>sympathetic activity in heart transplant recipients. Hypertension. 2005<p>May;45(5):894-900.<p>G.1.4. Ciarka et al, Increased peripheral chemoreceptors sensitivity and<p>exercise ventilation in heart transplant recipients. Circulation. 2006 Jan<p>17;113(2):252-7.<p>G.2. Annexe thesis title.<p>G.3. Brief summary in French of described research / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La signalisation purinergique participe à de nombreux processus physiopathologiques dans le système cardiovasculaire. Alors que les nucléotides extracellulaires sont considérés comme des « signaux de danger » ; la NTPDase1(CD39), ectonucléotidase à l’origine de leur hydrolyse, permet de maintenir l’homéostasie vasculaire par ses actions anti-thrombotiques etimmuno-modulatrices. Le rôle de CD39 dans la fonction vasculaire liée à l’hypertension artérielle(HTA) reste méconnu. L’HTA, facteur de risque majeur de complications cardiovasculaires, est caractérisée par un remodelage structurel(hypertrophie, fibrose) et fonctionnel (hypercontractilité, dysfonction endothéliale) des vaisseaux, causées notamment par un stress oxydatif et une inflammation périvasculaire. L’objectif de notre projet a consisté à étudier l’évolution de CD39 ainsi que son rôle potentiel dans la condition vasculaire pathologique de l’HTA. Nous mettons en évidence une diminution de l’expression et de l’activité du CD39 vasculaire dans l’HTA. Une diminution de l’activité ADPase du CD39 soluble a également été observée au niveau circulant. L’étude des éléments à l’origine de cette diminution montre une sensibilité du transcrit vasculaire de CD39 à certaines cytokinespro- et anti-inflammatoires, mais également à une tension mécanique. Une étude in vivo du potentiel rôle de CD39 (souris déficientes pour le gène de CD39 (Entpd1) et traitement à l’apyrase) dans un modèle d’HTA à l’Angiotensine-II a également été réalisée. L’ensemble de ces données suggère qu’une diminution du CD39 vasculaire et circulant pourrait contribuer à majorer les altérations vasculaires contemporaines de l’HTA. / Purinergic signaling is involved in numerous physiopathological processes in cardiovascular system. While extracellular nucleotides are considered as « danger signals » ; the NTPDase1(CD39), ectonucleotidase responsible for their hydrolysis, preserves vascular homeostasis by itsanti-thrombotic and immunomodulatory actions.The role of CD39 in vascular function related to arterial hypertension remains unknown. Hypertension, the major risk factor of cardiovascular complications, is characterized by structural remodeling (hypertrophy, fibrosis) and functional (hypercontractility, endothelial dysfunction) of vessels caused in particular by perivascular oxidative stress and inflammation.Our aim was to investigate the evolution of CD39 expression / function and its potential contribution in the pathological vascular condition of hypertension. We highlighted a decrease invascular CD39 expression and activity in the context of hypertension. A decrease in soluble ADPase activity specific to CD39 was also observed in blood circulation. Investigation of elements responsible for this decrease reveals asensitivity of vascular CD39 transcription to several pro- and anti-inflammatory cytokines and to mechanical tension. In vivo study of potential role of CD39 (mice deficient for CD39 gene (Entpd1) and treatment with apyrase) in Angiotensin-II model of hypertension was also carried out. All these data suggest that a decrease in circulating and vascular CD39 may contribute to vascular changes associated with hypertension.

Rationnel : L’artérite à cellules géantes (ACG) est une vascularite primitive des gros vaisseaux dont le diagnostic repose sur la mise en évidence d’un infiltrat inflammatoire et de cellules géantes à la biopsie d’artère temporale (BAT). On note également un remodelage de la paroi vasculaire lié à une prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) pouvant aboutir à une occlusion artérielle. Objectif : Caractériser les auto-anticorps dirigés contre les cellules endothéliales (CE) et les CMLV au cours de l’ACG et préciser le rôle des CMLV dans le remodelage pariétal. Méthodes : La recherche d’auto-anticorps a reposé sur un immunoblot 2D couplé à la spectrométrie de masse. Les protéomes des CMLV d’artère ombilicale, d’artère pulmonaire et d’aorte humaines normales a été comparés par protéomique différentielle (2D-DIGE). Nous avons utilisé la 2D-DIGE et des puces d’expression pan-génomiques pour comparer les CMLV issues de BAT de patients suspects d’ACG (avec un diagnostic final d’ACG ou non), afin d’identifier les mécanismes contribuant à la prolifération des CMLV. Résultats : Chez 15 patients atteints d’ACG, nous avons notamment identifié la lamine, la vinculine et l’annexine A5 comme cible des auto-anticorps anti-CMLV. Les antigènes cibles identifiés sont liés à Grb2, une protéine adaptatrice impliquée dans la prolifération des CMLV. Nous avons mis en évidence des protéomes différents au sein des CMLV humaines normales selon leur origine vasculaire et avons principalement identifié des protéines du cytosquelette et du métabolisme énergétique.A partir des CMLV isolées des BAT et à l’aide d’Ingenuity®, nous avons identifié l’endothéline 1 (ET-1) et la paxilline comme des molécules impliquées dans le remodelage vasculaire. En immunohistochimie et par qPCR, nous avons confirmé l’expression de l’ET-1 et de ses récepteurs ETAR et ETBR au sein des artères temporales de patients atteints d’ACG. Enfin, nous avons inhibé la prolifération des CMLV avec du macitentan, un inhibiteur d’ETAR et en particulier avec son métabolite actif, mais pas avec d’autres inhibiteurs des récepteurs de l’ET-1. Conclusion : Nous avons identifié chez les patients atteints d’ACG des anticorps anti-CMLV dont le rôle pathogéne potentiel reste à définir. Les différences protéiques observées à partir des CMLV humaines normales pourraient correspondre à des phénotypes différents. A partir d’un matériel biologique unique, nous avons pu montrer que la prolifération excessive des CMLV au cours de l’ACG pouvait être inhibée par le macitentan ce qui permet d’envisager un usage thérapeutique de cette molécule. / Background : Giant cell arteritis (GCA) is a large vessel vasculitis and its diagnosis usually relies on the identification of an inflammatory infiltrate made of mononuclear cells and giant cells upon temporal artery biopsy. There is also a remodeling process in the arterial wall due to an excessive proliferation of vascular smooth muscle cells (VSMC) which can sometimes lead to arterial occlusion. Purpose: Identify auto-antibodies targeting either endothelial cells (EC) and/or VSMC during GCA and better understand the role of VSMC in the remodeling process. Methods : Auto-antibodies were detected by a 2-dimensionnal immunoblot and their target antigens were identified by mass spectrometry. Proteoms of umbilical artery, pulmonary artery and aorta VSMC were compared by 2 dimension differential in gel electrophoresis (2D-DIGE). In order to identify mechanisms involved in VSMC proliferation in GCA, we used both 2D-DIGE and pan genomic chips in order to compare VSMC isolated at the time of temporal artery biopsy (TAB) from patients with a final diagnosis of GCA or another diagnosis. Results : In 15 patients with GCA, we identified lamin, vinculin and Annexin A5 as target antigens of anti-VSMC antibodies. Target antigens were linked with Grb2, an adaptator protein involved in VSMC proliferation. Normal VSMC originating from different vascular beds have differ in protein contents with differential expression of cytoskeleton and energy metabolism proteins. We compared VSMC from TAB with Ingenuity software and identified endothelin-1 (ET-1) and paxillin as proteins involved in vessel remodeling. We confirmed by immunohistichemistry and qPCR that ET-1 and its receptor ETAR and ETBR were expressed in temporal arteries from patients with GCA. Last, we reduced VSMC proliferation with Macitentan, an ETAR and ETBR antagonist and significantly inhibited VSMC proliferation with its active metabolite whereas other ET-1 inhibitors had no effect. Conclusion : We identified anti-VSMC auto-antibodies in patients with GCA. Their pathogenic role remains to be determined. Normal VSMC from different vascular locations differ in protein conten which might reflect different phenotypes and different properties. The escessive proliferation of VSMC from patients with GCA was inhibited by Macitentan. This drug might constitute a future therapeutic option.

L’endothélium joue un rôle primordial dans le développement et le maintien des multiples fonctions vasculaires. Il est ainsi largement impliqué dans des situations pathologiques comme les maladies cardio-vasculaires. La description de marqueurs endothéliaux circulants a permis une exploration non invasive de l'endothélium. Notre équipe s’est intéressée principalement aux cellules endothéliales circulantes (CEC), dont le taux reflète la lésion ou l’activation de l’endothélium, et aux progéniteurs endothéliaux circulants (PEC), marqueurs de régénération endothéliale. La découverte en 1997 par Asahara de la présence chez l’adulte de ces PEC, participant à la formation de nouveaux vaisseaux par vasculogenèse, a ouvert de nouvelles perspectives, notamment pour la thérapie cellulaire des pathologies ischémiques. Ce travail a consisté à développer les méthodes d’étude de ces cellules dans plusieurs contextes. Tout d’abord, nous avons exploré l’utilité de ces marqueurs dans la physiopathologie de l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP). Puis nous avons analysé le potentiel de mobilisation des progéniteurs endothéliaux à partir de la paroi vasculaire lors d’une ischémie locale chez des volontaires sains dans le cadre du développement d’un produit de thérapie cellulaire autologue. Une partie de ce projet a été de mettre en place et d’optimiser les techniques d’étude de ces marqueurs. Les CEC ont été quantifiées par immunoséparation magnétique (IMS), technique mise au point en 1992 (Dignat-George 1992) et transférée dans notre laboratoire. La quantification des PEC a été réalisée par cytométrie en flux et par culture cellulaire. En culture, deux types de PEC sont décrits : les PEC précoces, dont l’origine est monocytaire et pour lesquels la culture est déjà standardisée, et les « Endothelial Colony Forming Cells » (ECFC), seules cellules présentant des caractéristiques de cellules endothéliales progénitrices et pouvant être proposées comme produit de thérapie cellulaire. Nous avons optimisé la quantification des ECFC en culture en étudiant l’effet de diverses matrices et de la densité d’ensemencement des cellules mononucléées issues du sang total sur l’obtention de ces cellules et leurs propriétés angiogènes. La dysfonction endothéliale a été décrite comme un élément central dans le développement de l’HTAP dont le diagnostic repose sur la mesure de la pression artérielle pulmonaire par cathétérisme cardiaque droit. En l’absence de marqueur biologique non invasif dans cette maladie, nous avons quantifié les CEC et les progéniteurs circulants dans deux études. Une étude réalisée chez des patients adultes a montré une augmentation spécifique des CEC dans l’HTAP et non dans l’hypertension pulmonaire thromboembolique chronique. Ainsi les CEC semblent être le reflet des lésions endothéliales pulmonaires et non de la sévérité clinique des patients. L’autre étude a montré l’intérêt de la quantification des CEC dans la prise en charge thérapeutique des enfants souffrant d’HTAP secondaire à une cardiopathie congénitale, dont les formes irréversibles présentaient des taux élevés de CEC. Nous avons ainsi défini un nouveau marqueur non invasif à utilité diagnostique et pronostique. Les PEC sont des cellules rares dans le sang circulant, difficiles à expandre, et dont les essais de mobilisation médullaire se sont révélés insuffisants. L’hypothèse récente d’une réserve vasculaire des progéniteurs endothéliaux nous a conduits à étudier l’effet d’un processus d’ischémie locale sur la mobilisation de ces cellules chez des volontaires sains. Deux groupes d'âge ont été inclus afin d'évaluer l'impact du vieillissement sur la méthode de mobilisation étudiée. Malgré un effet de cette ischémie sur la dilatation endothéliale cette méthode n’a pas permis de mobiliser significativement les PEC issus de la paroi endothéliale, quel que soit l'âge des sujets. A l’inverse, l’hypoxie a eu un effet délétère sur les capacités angiogènes des ECFC. / The endothelium plays a key role in the development and the homeostasis of vascular functions. It is also well involved in pathological situations like cardiovascular diseases. Thanks to the description of circulating endothelial markers, non invasive study of the endothelium is now possible. Our group was particularly interested in circulating endothelial cells (CECs), the level of which reflects an endothelial activation or lesion, and to circulating endothelial progenitors cells (EPCs), markers of endothelial repair. EPC description by Asahara in 1997 in adult blood, involved in new blood vessel formation by vasculogenesis, offered new perspectives, specially for cell therapy in ischemic diseases. This work consisted in the development of methods to study these markers in different contexts. First, we explored the interest of these markers in the physiopathology of pulmonary arterial hypertension (PAH). Then we evaluated endothelial progenitors mobilization from the vascular wall by a local ischemia process in healthy volunteers, in the perspective of an autologous cell therapy product development. One part of this project was the implementation and optimization of the methods to study CEC and EPC. CEC were quantified by magnetic immunoseparation. This technique was developped in 1992 by F. Dignat-George's group and transferred in our laboratory. EPC were quantified by flow cytometry and cell culture. Two types of EPC are described in culture: the early EPC, which originate from monocyte lineage and which culture is standardized, and the « Endothelial Colony Forming Cells » (ECFC), the only cells presenting endothelial progenitor cell properties and which use as a cell therapy product can be considered. ECFC quantification by culture was optimized by assessment of the impact of diverse matrices and seeding concentrations of mononuclear cells isolated from whole blood, on ECFC commitment and their angiogenic properties. Endothelial dysfunction was described as a central element in the development of PAH, which diagnosis is based on the use of right heart catheterization. Due to the lack of noninvasive marker for this disease, CEC and circulating progenitors were quantified in two studies. One of them realized in adult patients showed a specific increase of CEC in PAH and not in post-embolic PH. CEC would then reflect the presence of specific endothelial lesions and not the clinical state of the patients. The other study demonstrated the interest of CEC quantification in the therapeutic care of children with PAH secondary to congenital heart disease, for whom patients in irreversible state had a higher level of CEC. We then defined a new noninvasive biomarker.that can be used for the diagnosis and prognosis of PAH. EPC are rare events in whole blood, difficult to expand and for which, mobilization protocols revealed insufficient. The recent hypothesis of a vascular reservoir for endothelial progenitor led us to study the effect of a local ischemia procedure on the mobilization of these cells in healthy volunteers. Two age groups were included to assess the impact of aging on this procedure. Despite a significant endothelial dilation with the local ischemia, no EPC were mobilized, whatever the age group. Ischemia even altered ECFC angiogenic properties.

La thèse s’axe sur l’identification des propriétés mécaniques des artères faciales. Elle s’inscrit dans le cadre du projet FlowFace, qui porte sur l’étude du réseau artériel facial par Imagerie de Résonance Magnétique (IRM). Elle s’appuie sur une campagne de mesures effectuées sur un échantillon de 30 témoins au CHU d’Amiens, qui a permis d’obtenir de manière non invasive l’évolution de la déformation des vaisseaux, ainsi que la mesure des débits les parcourant. Des pressions diastoliques et systoliques ont été mesurées au niveau du bras, indépendamment des mesures IRM. L’objectif de la thèse a été de modéliser la déformation patient-spécifique des vaisseaux sanguins et de mettre en place une technique d’optimisation, afin de déterminer leurs propriétés mécaniques par analyse inverse. Des simulations du comportement des vaisseaux sanguins ont été réalisées au moyen des logiciels d’ANSYS Inc., en modélisant les interactions fluide-structure aussi bien en couplage fort que faible. L’objectif a été de déterminer les déformations pariétales induites par les conditions hémodynamiques, ainsi que les pertes de charge dans les vaisseaux considérés. Les simulations ont mis en jeu des modèles hyperélastiques grande déformation pour simuler le comportement des parois. Les déplacements prédits par le modèle numérique ont été comparés aux déplacements expérimentaux mesurés par IRM. Les propriétés mécaniques des vaisseaux ont été identifiées au moyen de la technique d’optimisation proposée dans la suite ANSYS et basée sur les algorithmes de gradient et algorithmes génétiques. La méthode d’identification a été validée sur des fantômes de vaisseaux, consistant en des tubes cylindriques en élastomère, et pour lesquelles des mesures de déformation sous écoulement pulsé ont été acquises par imagerie IRM. Les valeurs des propriétés mécaniques ainsi déterminées ont été comparées à celles obtenues par tests de traction et tests de dilatation. Un des points cruciaux de l’identification a consisté en la détermination de l’état non pré-contraint. S’il est un paramètre connu pour les fantômes de vaisseaux, il est à déterminer pour les vaisseaux natifs. Le challenge de cette thèse a aussi été de déterminer les propriétés hyperélastiques des vaisseaux sanguins à partir des valeurs systoliques et diastoliques de pression et déformation. La méthode a permis de conclure que le module tangent en diastole avoisine 200 KPa alors que celui en systole se trouve dans un intervalle entre 300 KPa et 1 MPa. / This thesis is based on identifying the mechanical properties of facial arteries. It is part of FlowFace project, which focuses on the study of the facial arterial system by MRI imaging. It is based on a measurement campaign conducted on a sample of 30 people at the Hospital of Amiens, which allowed obtaining noninvasively the evolution of the blood vessel deformation and the measurement of the flow. Diastolic and systolic pressures were measured at the arm independently of the MRI measurements. The aim of the thesis was to model the deformation of blood vessels and to implement an optimization technique to determine their mechanical properties by inverse analysis using MRI measurements of deformation. Simulations of the behavior of the blood vessels were performed, using ANSYS Inc. software, modeling fluid-structure interactions both strong and weak coupling. The objective was to determine the parietal deformations induced by hemodynamic conditions and pressure drops in the vessels concerned. The simulations involved hyperelastic and large deflection models to simulate the behavior of the wall. They allow calculate the numerical displacements that we compared with experimental displacements measured by MRI, the aim is that the difference between numerical and experimental be as low as possible to deduce the adequate mechanical parameters for the artery. To identify the mechanical properties of the vessels, the optimization technique proposed in ANSYS based on genetic algorithms or gradient algorithms was used. The identification method was validated on cylindrical tubes (elastomer), for which deformation measurements were acquired by MRI imaging under pulsating flow. The values of mechanical properties determined were compared with those obtained by traction tests and dilatation tests. One of the crucial points of identification involves the determination of the non-stress state. If it is a known parameter for the elastic tube, it has to be determining for blood vessels. The challenge of this thesis is to determine from a "minimum" quantity of pressure and deformation information, the hyper-elastic properties of blood vessels. The method based on a patient-specific geometry deformation concluded that the tangent modulus in diastole is approximately 200kPa while that in systole is in a range of 300 kPa to 1 MPa.