Le système kallicréine-kinine(s) (SKK) est un système peptidique vasomoteur avec des effets multiples et complexes qui dépendent principalement du tissu et des pathologies étudiés. Les kinines activent deux types de récepteurs : le récepteur B1 (RB1) et le récepteur B2 (RB2). L’objectif de mon travail de thèse a été d’étudier les effets de nouveaux agonistes spécifiques des RB1 ou des RB2 dans certaines complications associées au diabète chez la souris. Dans une première partie, nous avons pu montrer que l’administration chronique d’un agoniste spécifique des RB1 ou des RB2 corrige entièrement le défaut de néovascularisation post-ischémique observé chez la souris diabétique notamment en augmentant l’inflammation. Dans un deuxième modèle, nous avons pu montrer que l’activation des RB2 entraîne une désorganisation des couches cutanées et un retard important de cicatrisation chez la souris. En revanche, l’administration d’un antagoniste des RB2 accélère de façon significative la cicatrisation dans deux modèles de diabète. La dernière partie de ce travail a permis de montrer que l’administration chronique des RB2 augmente la mortalité des animaux ayant subit une ischémie cérébrale. Chez la souris diabétique, l’activation des RB1 a des effets neuroprotecteurs puisqu’elle réduit la taille de l'infarctus et les déficits neurologiques après une ischémie cérébrale transitoire. Pour conclure, nous avons pu montrer au cours de ces travaux que l’activation du SKK a des effets contradictoires en fonction des organes étudiés. Ainsi, l’étude de ces nouveaux agonistes des récepteurs des kinines ouvre des nouvelles voies thérapeutiques dans les complications du diabète. / The kallikrein-kinin(s) system (KKS) is a peptide system with various pathophysiological effects. Kinins exert their actions through activation of two different receptor subtypes: B1 receptor (B1R) and B2 receptor (B2R). The aim of my thesis was to study the role of this system in diabetic complications in mice. We used pharmacological approaches using new specific agonists of B1R or B2R, or a specific antagonist of B2R. In the first part, we showed that selective pharmacological activation of B1R or B2R overcomes the effect of diabetes on post-ischemic neovascularization and restores tissue perfusion through inflammation. In a second model, we showed that B2R agonist impairs wound repair in mice, inducing skin disorganization and epidermis thickening. Interestingly, B2R blockade improves skin wound healing in two mouse models of diabetes. In a last part, we showed that B2R activation increases mortality after transient cerebral ischemia. In diabetic mice, B1R activation has neuroprotective effects. Indeed, B1R agonist treatment decreases infarct size and improves neurological deficit at day 2 after transient cerebral ischemia. To conclude, KKS activation has contradictory effects depending on the organs studied. The study of new B1 or B2 kinin receptor agonists opens new therapeutic options in diabetic complications.

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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / L'introduction de la cyclosporine A (CyA) dans les régimes d'immunosuppression a permis d'augmenter de façon significative la survie des greffés. Cependant, l'utilisation de la CyA est limitée par ses deux effets secondaires les plus fréquents : l'hypertension artérielle et la néphrotoxicité. Ces effets sont reliés aux propriétés vasoconstrictrices de la CyA. Les effets de la CyA sur la régulation du tonus vasculaire sont multiples et varient selon les territoires vasculaires étudiés. La dysfonction induite par la CyA sur les mécanismes d'autorégulation de la vasomotricité a été documentée dans différents modèles expérimentaux : l'aorte thoracique, l'artère fémorale, les artères coronaires, la veine saphène et la veine jugulaire. Les propriétés pharmacologiques de la CyA nous ont amenés à évaluer son action sur la circulation pulmonaire, puisqu'aucune étude n'a documenté, de façon précise, son action sur ce réseau vasculaire. Compte tenu de l'effet vasoconstricteur de la CyA déjà décrit dans différents réseaux vasculaires, nous avons émis comme première hypothèse que l'infusion de CyA dans le réseau vasculaire pulmonaire du chien produirait une vasoconstriction. In vivo, dans un modèle d'auto-perfusion du poumon gauche, l'administration de 5, 10 et 20 mg de CyA sur une période de 10 minutes n'a pas entraîné de hausse significative des pressions de perfusion pulmonaires. Cependant, in vitro, la CyA a affecté la réponse vasomotrice des artères pulmonaires isolées. En effet, sur les artères pulmonaires de troisième génération précontractées, la CyA produit une vasoconstriction dose-dépendante. Cette vasoconstriction est absente sur les vaisseaux qui n'ont pas d'endothélium, suggérant un mécanisme endothélium-dépendant. De plus, la contraction induite par la CyA sur les artères pulmonaires isolées a été abolie par l'indométhacine (un bloqueur de la cyclooxygénase) et par la pinane thromboxane (un antagoniste de la thromboxane A2), suggérant que la CyA induit une vasoconstriction sur l'artère pulmonaire reliée à une production de thromboxane. In vitro, la CyA affecte la vasomotricité de l'artère pulmonaire. Notre deuxième hypothèse était que la CyA pourrait affecter la relaxation endothéliale-dépendante médiée par l'oxyde nitrique (NO). In vivo, dans le modèle d'auto-perfusion pulmonaire, l'administration de CyA a affecté la réponse endothéliale-dépendante de façon significative à deux agonistes : la bradykinine et la substance P. Cependant, la réponse endothéliale-dépendante à un autre agoniste, l'acétylcholine, n'a pas été affectée par la CyA. De plus, la vasorelaxation à un agent donneur de NO, la nitroglycérine, n'a pas été diminuée de façon significative par la CyA, indiquant une fonction intacte du muscle lisse. La CyA a donc affecté de façon spécifique la réponse endothéliale à deux agonistes : la bradykinine et la substance P. Cette dysfonction endothéliale induite par la CyA était réversible par l'administration de L-arginine, un substrat de la NO-synthase. Notre dernière hypothèse était que la CyA augmente l'activité de l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ECA). L'ECA est une ectoenzyme présente à la surface des cellules endothéliales responsable de la transformation de l'angiotensine I en angiotensine II. L'ECA est également responsable du métabolisme de la bradykinine et de la substance P. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons, dans le modèle in vivo, utilisé la technique de courbe de dilution avec un substrat inactif de l'ECA, le [3H]BPGP. Le pourcentage d'hydrolyse ainsi que le paramètre de cinétique de premier ordre, Amax/Km, n'ont pas été affectés par la CyA. Indiquant que in vivo, l'administration en aiguë de CyA n'affecte pas l'activité de l'ECA pulmonaire. En conclusion, la CyA affecte certains mécanismes responsables de la régulation du tonus vasculaire pulmonaire. Ceci est en accord avec l'atteinte des différents territoires vasculaires déjà documentés et avec l'hétérogénéité des mécanismes impliqués. De plus en plus, il est reconnu que l'endothélium participe à plusieurs mécanismes physiopathologiques. L'intégrité de l'endothélium serait nécessaire pour assurer la circulation sanguine et maintenir certaines activités métaboliques essentielles. Bien qu'il soit difficile d'interpréter ces résultats en regard de la clinique, cette étude ajoute aux connaissances des mécanismes divers et complexes reliés à la toxicité vasculaire de la CyA.

La connaissance des mécanismes de régulation des gènes est essentielle pour combattre certaines maladies et pour comprendre certains concepts biologiques importants. L'utilisation de nouvelles technologies qui permettent d'analyser les gènes en tenant compte de la complexité de l'environnement intracellulaire contribue efficacement à élucider ces mécanismes. Dans la première partie de notre travail, nous avons optimisé le fonctionnement d'une de ces technologies, la réaction de polymérisation en chaîne permise par un adaptateur (ligation-mediated polymerase chain reaction, LMPCR), et en avons facilité l'application, surtout pour les séquences difficiles à analyser. Nous avons par la suite utilisée cette technique pour caractériser le promoteur du gène du retard mental lié à l'X fragile-1 et celui du récepteur B1 des bradykinines à même le noyau de cellules vivantes. Pour ces deux gènes, nous avons identifié les éléments de séquences qui sont associés à la régulation de leur transcription et proposé des mécanismes de régulation de la transcription.

En janvier 2008, une éclosion de réactions anaphylactoïdes (RA) potentiellement mortelles associées à l’injection intraveineuse d’héparine manufacturées en Chine et contaminée par le chondroïtine sulfate hypersulfaté (CSHS) a forcé le rappel de ces dernières par la U.S. Food and Drug Administration. Ces RA ont rapidement été attribuées à la libération de la bradykinine (BK) suite à l’activation du système de contact par le CSHS. Cependant, aucune évidence expérimentale définitive n’est à ce jour venue appuyer directement cette hypothèse. En se basant sur le nombre de morts déclaré et associé à la contamination (>150 morts au niveau mondial) ainsi qu’aux données épidémiologiques, qui stipulent que 25% des patients ayant développés une RA aux États-Unis étaient essentiellement des insuffisant rénaux en dialyse traités au moyen d’un inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (iECA), nous avons émis l’hypothèse suivante : les RA causées par l’injection intraveineuse d’héparine contaminée au CSHS sont de nature multifactorielle et complexe. Le but de notre travail est donc, dans un premier temps, d’évaluer le pouvoir kininoformateur du CSHS en présence d’un iECA et de le comparer à celui du sulfate de dextran, un activateur de référence du système de contact. Comme les RA associées à l’injection intraveineuse d’héparine contaminée par le CSHS se produisent généralement dans les premières minutes des séances de dialyse, nous allons étudier l’effet de la dilution du plasma sur la quantité de BK libérée en présence ou en absence d’un iECA. Nous allons également mesurer les profils cinétiques de la libération de la BK sur un plasma stimulé par différents lots d’héparine contaminée, et associée à des RA, et nous comparerons cette cinétique avec celles d’une héparine de référence complémentée ou non avec différentes concentrations de CSHS synthétique. Enfin, nous allons caractériser le profil de libération de la BK et de son métabolite actif, la des-Arg9-BK, dans le plasma de patients dialysé ayant présenté une RA associée à une membrane de dialyse chargée négativement. L’application de méthodes expérimentales développées dans notre laboratoire nous a permis de montrer, pour la première fois, que l’héparine contaminée au CSHS a la capacité de libérer la BK à des concentrations susceptibles d’expliquer le rôle de ce peptide inflammatoire dans la physiopathologie des RA causées par l’injection intraveineuse d’héparine d’origine chinoise contaminée au CSHS. / In January 2008, fatal anaphylactoid reaction (AR) has been associated to oversulfated chondroitin sulphate (OSCS) contaminated heparin. Although attributed to bradykinin (BK) released during contact system activation by OSCS, no definitive evidence exists until now for a BK release during incubation of contaminated heparin with human plasma. While looking at the number of death associated with OSCS (>150 worldwide) and at the epidemiologic fact, who state that 25% of the cases of AR associated to OSCS in United-States were treated with an angiotensin converting enzyme inhibitor (ACEi), we hypothesis that: AR associated with bolus injection of OSCS contaminated heparin are bind to a complex and multi-factorial aspect. The first objective of our study is to measure the kinetics of BK release in human plasma incubated with OSCS in presence of an ACEi and to compare it to the kinetics profile of the reference activator dextran sulfate. As the AR associated with OSCS contaminated heparin occurred mainly in the first minutes of dialysis session, we also studied the effect of the plasma dilution on the amount of BK released when treated or not with an ACEi. We also quantify the BK forming capacity of different batches of OSCS contaminated heparin responsible for AR and we compare this effect with reference heparin spiked or not with increasing concentrations of synthetic OSCS. Finally, we measure the kinetics of BK and des- Arg9-BK, its active metabolite, release in human plasma collected from patients who developed an AR associated to negatively charged dialysis membrane. The application of experimental method developed in our laboratory show, for the first time, that OSCS contaminated heparin incubated with human plasma has the capacity to liberate BK at a concentration that could explain the role of this inflammatory peptide in the pathophysiology of AR associated with OSCS contaminated Chinese heparins.

En janvier 2008, une éclosion de réactions anaphylactoïdes (RA) potentiellement mortelles associées à l’injection intraveineuse d’héparine manufacturées en Chine et contaminée par le chondroïtine sulfate hypersulfaté (CSHS) a forcé le rappel de ces dernières par la U.S. Food and Drug Administration. Ces RA ont rapidement été attribuées à la libération de la bradykinine (BK) suite à l’activation du système de contact par le CSHS. Cependant, aucune évidence expérimentale définitive n’est à ce jour venue appuyer directement cette hypothèse. En se basant sur le nombre de morts déclaré et associé à la contamination (>150 morts au niveau mondial) ainsi qu’aux données épidémiologiques, qui stipulent que 25% des patients ayant développés une RA aux États-Unis étaient essentiellement des insuffisant rénaux en dialyse traités au moyen d’un inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (iECA), nous avons émis l’hypothèse suivante : les RA causées par l’injection intraveineuse d’héparine contaminée au CSHS sont de nature multifactorielle et complexe. Le but de notre travail est donc, dans un premier temps, d’évaluer le pouvoir kininoformateur du CSHS en présence d’un iECA et de le comparer à celui du sulfate de dextran, un activateur de référence du système de contact. Comme les RA associées à l’injection intraveineuse d’héparine contaminée par le CSHS se produisent généralement dans les premières minutes des séances de dialyse, nous allons étudier l’effet de la dilution du plasma sur la quantité de BK libérée en présence ou en absence d’un iECA. Nous allons également mesurer les profils cinétiques de la libération de la BK sur un plasma stimulé par différents lots d’héparine contaminée, et associée à des RA, et nous comparerons cette cinétique avec celles d’une héparine de référence complémentée ou non avec différentes concentrations de CSHS synthétique. Enfin, nous allons caractériser le profil de libération de la BK et de son métabolite actif, la des-Arg9-BK, dans le plasma de patients dialysé ayant présenté une RA associée à une membrane de dialyse chargée négativement. L’application de méthodes expérimentales développées dans notre laboratoire nous a permis de montrer, pour la première fois, que l’héparine contaminée au CSHS a la capacité de libérer la BK à des concentrations susceptibles d’expliquer le rôle de ce peptide inflammatoire dans la physiopathologie des RA causées par l’injection intraveineuse d’héparine d’origine chinoise contaminée au CSHS. / In January 2008, fatal anaphylactoid reaction (AR) has been associated to oversulfated chondroitin sulphate (OSCS) contaminated heparin. Although attributed to bradykinin (BK) released during contact system activation by OSCS, no definitive evidence exists until now for a BK release during incubation of contaminated heparin with human plasma. While looking at the number of death associated with OSCS (>150 worldwide) and at the epidemiologic fact, who state that 25% of the cases of AR associated to OSCS in United-States were treated with an angiotensin converting enzyme inhibitor (ACEi), we hypothesis that: AR associated with bolus injection of OSCS contaminated heparin are bind to a complex and multi-factorial aspect. The first objective of our study is to measure the kinetics of BK release in human plasma incubated with OSCS in presence of an ACEi and to compare it to the kinetics profile of the reference activator dextran sulfate. As the AR associated with OSCS contaminated heparin occurred mainly in the first minutes of dialysis session, we also studied the effect of the plasma dilution on the amount of BK released when treated or not with an ACEi. We also quantify the BK forming capacity of different batches of OSCS contaminated heparin responsible for AR and we compare this effect with reference heparin spiked or not with increasing concentrations of synthetic OSCS. Finally, we measure the kinetics of BK and des- Arg9-BK, its active metabolite, release in human plasma collected from patients who developed an AR associated to negatively charged dialysis membrane. The application of experimental method developed in our laboratory show, for the first time, that OSCS contaminated heparin incubated with human plasma has the capacity to liberate BK at a concentration that could explain the role of this inflammatory peptide in the pathophysiology of AR associated with OSCS contaminated Chinese heparins.

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Les cristaux d'UMS sont connus comme agents étiologiques de la goutte et au cours de l'accès goutteux, le neutrophile est une des premières cellules immunitaires à s'accumuler en grand nombre au site inflammatoire dans les cavités articulaires. Durant l'inflammation, le plasma traverse les vaisseaux sanguins et transporte les protéines vers le site enflammé. Plusieurs protéines plasmatiques peuvent alors servir à recruter le neutrophile, comme les composants du complément (C5a ), les kinines (bradykinine ou agonistes du récepteur B1) et bien d'autres. Au début de l'inflammation, initialement les cristaux interagissent probablement avec le plasma et ses protéines recouvrent les cristaux. Cependant, nous savons que le plasma ayant servi à l'opsonisation des cristaux d'urate monosodique subit des changements conduisant à l'activation du système du complément. Ainsi, les objectifs de ce mémoire étaient de confirmer la libération du facteur C5a et de la bradykinine dans le plasma humain activé par les cristaux d'urate monosodique et de déterminer les effets de ces facteurs plasmatiques sur l'activité du neutrophile. La chimiotaxie a été étudiée en réponse au plasma activé par les cristaux, mettant en évidence la présence de facteurs du complément, en particulier le C5a qui est majoritairement responsable de cette chimiotaxie. Le plasma activé provoque aussi une mobilisation de calcium par l'intermédiaire du C5a et certainement par d'autres facteurs qui ne sont pas encore identifiés. Les résultats obtenus ont aussi montré que l'agoniste du récepteur B1 des kinines induisait la migration des neutrophiles. En revanche, nous n'avons pas réussi à identifier la bradykinine dans le plasma ayant servi à l'opsonisation des cristaux d'UMS. Les résultats de notre travail servirons de base pour des études subséquentes sur le plasma activé par les cristaux d'UMS.

Nous avons préalablement démontré que l'endothéline-1 (ET-1), un peptide vasoconstricteur de 21 acides aminés, joue un rôle central dans le métabolisme des tissus articulaires et a des fonctions cataboliques sur le cartilage articulaire dans l'ostéoarthrose, en liant son récepteur de type A (ETA). Suite à la relâche du nonapeptide vasodilatateur bradykinine (BK), et l'augmentation d'expression du récepteur B1 des kinines (BKB1), ces médiateurs engendrent un cycle d'inflammation, une destruction du cartilage, et une douleur articulaire. Lors de cette étude, l'efficacité thérapeutique des antagonistes spécifiques du ETA et/ou BKB1 dans un modèle animal d'ostéoarthrose a été testée. Notre hypothèse est que l'antagonisme va diminuer la progression de la pathologie et de la douleur articulaire. L'ostéoarthrose a été induite chez des rats par rupture chirurgicale du ligament croisé antérieur. Les animaux ont été traités par injections intra articulaire hebdomadaires des antagonistes peptidiques spécifiques du ETA et/ou BKB1. La douleur articulaire a été évaluée par le test d'incapacitance statique durant les deux mois postopératoires ; la morphologie articulaire a été examinée post mortem par radiologie et histologie. On constate que le traitement a diminué la douleur et a préservé la morphologie articulaire ; la double inhibition a été plus efficace que la simple inhibition. En conclusion, l'antagonisme double d'ETA et BKB1 améliore la douleur chronique et prévient la dégradation articulaire dans l'ostéoarthrose, ce qui suggère que ces récepteurs peuvent être des cibles thérapeutiques potentiels pour le traitement de cette pathologie. / The author's laboratory has previously shown that endothelin-1 (ET-1), a 21-residue vasoconstrictive peptide, plays a central role in joint tissue metabolism, and has a catabolic function in matrix collagen degradation in osteoarthritis. These effects occur primarily through ligation of the endothelin-1 receptor A subtype (ETA). The subsequent release of the nonapeptide vasodilator bradykinin (BK) in the joint microenvironment, and up-regulation of bradykinin receptor B1 (BKB1) expression, engenders a vicious cycle of synovial membrane inflammation, articular cartilage destruction, and joint pain. In the present work, we describe a preclinical study of the efficacy of treatment of surgically induced osteoarthritis with ETA and/or BKB1 specific peptide antagonists. We hypothesize that antagonism will diminish osteoarthritis progress and articular pain. Osteoarthritis was surgically induced in rats by transection of the anterior cruciate ligament. Animals were subsequently treated with weekly intra-articular injections of specific peptide antagonists of ETA and BKB1. Hind limb pain was measured by the static weight bearing test for two months post-operatively. Post-mortem, knee joints were analyzed radiologically and histologically. Local antagonist treatment diminished overall limb pain, and accelerated postoperative recovery, after disease induction. Treatment also protected joint radiomorphology and histomorphology, with dual antagonism being slightly more protective. ETA and BKB1 dual antagonism improves chronic pain and prevents joint degradation in osteoarthritis. They therefore represent a novel therapeutic target: specific receptor dual antagonism may prove beneficial in disease management.

Les fonctions vasculaires sont régulées par diverses stimulations biochimiques ou mécaniques qui activent les différentes cellules composant les vaisseaux sanguins.Les réponses cellulaires qui en résultent peuvent impliquer une réorganisation du cytosquelette, des changements morphologiques, l'expression de protéines membranaires ou la libération de nombreux médiateurs. Tous ces événements sont susceptibles d'influencer les propriétés mécaniques des cellules. Ainsi, le but de la présente étude est de déterminer l'impact de l'activation de certains récepteurs au niveau des propriétés mécaniques des cellules, des modifications qui pourraient avoir de fortes implications au niveau vasculaire. Pour ce faire, nous avons utilisé deux approches expérimentales permettant d'évaluer des changements morphologiques et mécaniques de très faible amplitude : la microscopie à force atomique (AFM) et la résonance des plasmons de surface (SPR). Nous avons ainsi étudié les effets de l'activation des récepteurs de l'angiotensine II, la thrombine et la bradykinine sur la morphologie et les propriétés mécaniques de modèles cellulaires importants dans l'étude des fonctions vasculaires. Nous avons observé que l'activation du récepteur AT[indice inférieur 1] pour l'angiotensine II induit une réponse mécanique transitoire qui se traduit par une contraction du corps cellulaire, une augmentation du module d'élasticité de la cellule et une diminution de l'intégrité de l'épithélium. Quant à l'activation du récepteur PAR-1 pour la thrombine et du récepteur B[indice inférieur 2] pour la bradykinine, celle-ci provoque aussi une modification de la rigidité des cellules, mais de façon soutenue dans le temps. Ces deux agonistes augmentent aussi l'interaction entre la membrane et le cytosquelette, un phénomène observé par l'augmentation des forces requises pour l'étirement de la membrane cellulaire. Ainsi, la présente étude montre qu'une cellule peut subir des modifications importantes au niveau de ses propriétés mécaniques suivant son activation par différents agonistes, ce qui peut avoir des conséquences directes sur certaines fonctions physiologiques dépendantes des propriétés mécaniques des vaisseaux. En effet, ces changements observés au niveau de la cellule pourraient, entre autres, contribuer au contrôle du diamètre et de la compliance des capillaires, à l'adhésion des cellules inflammatoires ainsi que modifier la perception de stimuli mécaniques par les cellules endothéliales.