Le peptide natriurétique de type B (BNP) est une hormone cardiaque fortement impliquée dans l'insuffisance cardiaque (IC). En clinique, le BNP est un bio-marqueur de diagnostic et de pronostic de l'IC; son taux sanguin augmentant avec la progression du remodelage cardiaque, de la dysfonction du ventricule gauche (VG) et des altérations du couplage excitation-contraction (CEC). Administré sous une forme recombinante, le nésiritide, pour ses effets hémodynamiques vasorelaxants, chez des patients en IC aiguë décompensée, il a montré des effets controversés avec un risque d'augmentation de la mortalité. Pour comprendre l'implication du BNP dans le remodelage cardiaque post-ischémique et son efficacité thérapeutique, nous avons étudié les effets cardiaques in vivo et sur le CEC d'un traitement chronique au BNP (0,03 µg/kg/min) sur deux groupes expérimentaux : i) des souris saines, Sham, pendant 14 jours et ii) des souris PMI (Post-Myocardial Infarction) en stade précoce, après ligature de l'artère coronaire gauche (pendant 7 et 14 jours). Chez les Sham, le BNP a engendré une suractivation du système nerveux sympathique, une hypertrophie cardiaque, des altérations électrophysiologiques in vivo et des mouvements calciques dans les cardiomyocytes du VG, à l'origine d'arythmies cellulaires et cardiaques. Les effets délétères du BNP ont été prévenus par une combinaison de ce traitement avec un β-bloqueur : le métoprolol. Chez les PMI, la supplémentation en BNP a réduit l'inotropisme positif précoce acquis par une modification des mouvements calciques, a accéléré l'apparition des altérations des protéines du CEC et la survenue des arythmies. Le BNP accélère la décompensation cardiaque et pourrait être à déconseiller, du moins en monothérapie, en traitement clinique. / BNP is a natriuretic peptide released in excess in the blood during heart failure (HF) to reduce blood volume and pressure. A recombinant form of human BNP, nesiritide, is used for patients with acute decompensated HF but deleterious cardiac effects have been reported. We aimed to investigate the cardiac effects of chronic BNP supplementation (0.03 µg/kg/min) on: i) healthy mice (Sham) for 14 days and ii) mice subjected to myocardial infarction (MI) induced by coronary artery ligation (PMI) for 7 (D7) and (D14) 14 days. Sham treated animals (Sham-BNP) showed an increase in ventricular arrhythmias occurrence in consequence of sympathetic tone increase and Ca2+ handling alterations observed at cellular and protein levels in the left ventricle (LV). Most of these effects were reduced in Sham-BNP by the selective beta1-adrenergic blocker metoprolol. In the PMI group, at early stages after ligation, we showed an increase in cardiomyocytes contraction and Ca2+ handling at D7 and D14. But this response was attenuated in PMI-BNP. In PMI, alterations in Ca2+ handling proteins, particularly SERCA2a and RyR2 appeared at D14 but not D7. But BNP supplementation accelerated these alterations which appeared since D7 in the PMI-BNP group, in parallel with spontaneous arrhythmias occurrence at D7. BNP infusion attenuates compensatory "inotropism" intrinsic to the LV cardiomyocytes and promotes arrhythmias. Our results show that BNP, at least in monotherapy, may be hazardous for the treatment of patients with decompensated HF.

L'étude des mécanismes moléculaires impliqués dans la douleur nous permet d'identifier les acteurs jouant des rôles majeurs et ainsi de définir précisément d'excellentes cibles thérapeutiques. Les canaux ioniques sont à l'origine de nos perceptions douloureuses, ils sont responsables du transport des messages nociceptifs et nous avons montré qu'ils pouvaient également moduler le message nociceptif via l'activation du système opioïdergique. Les canaux ioniques Asic Sensing Ion Channels (ASIC) sont directement impliqués dans les phénomènes de perception nociceptive de l'acidose tissulaire et de l'inflammation. Les sous-unités ASIC3 impliquées dans ces perceptions ne sont pas sensibles à la Psalmotoxine (PcTx1). En effet, PcTx1 est un bloqueur spécifique des canaux ASIC1a homomériques. Ces canaux ASIC1a sont exprimés dans le système nerveux central et notamment au niveau des neurones de la corne dorsale de la moelle épinière. L'injection de PcTx1 dans le liquide cérébrospinal de souris et de rats induit une analgésie efficace dans différents modèles de douleurs thermique, mécanique, inflammatoire et neuropathique. L'analgésie induite par le blocage spécifique des canaux ASIC1a résulte de la stimulation des récepteurs opioïdergiques μ et δ. Ces récepteurs sont activés par la Met-enképhaline qui est libérée massivement lors de l'inhibition des canaux ASIC1a. Bien que la Met-enképhaline relarguée induise une tolérance, elle ne produit pas de troubles locomoteurs comme le fait la morphine. Ainsi nous avons mis en évidence que le blocage d'ASIC1a dans le système nerveux central est responsable d'un relargage de Met-enképhaline qui en activant les récepteurs μ et δ provoque une analgésie puissante sans induire certains des effets indésirables de la morphine, une molécule analégésique de référence utilisée couramment en clinique.

Caenorhabditis elegans est un modèle animal de choix pour l'identification à partir d'animaux mutants des gènes intervenant dans différents comportements. En revanche, la caractérisation des mutants à l'échelle cellulaire a longtemps été limitée par la taille restreinte de l'animal. La mise au point de la dissection et l'application de la technique de patch-clamp et d'imagerie Ca2+ sur la cellule musculaire striée de C. elegans nous ont permis de caractériser pour la première fois les principales conductances ioniques de cette cellule. Nous avons montré le rôle crucial que jouaient les canaux Ca2+ EGL-19 dans le couplage excitation-contraction et mis en évidence les propriétés d'activation de canaux K+ voltage-dépendants et Ca2+-activés. Nous avons aussi démontré que le canal Na+ UNC-105, de la famille des dégénérines, n'était pas mécanosensible comme le supposaient les études génétiques, tandis qu'un autre membre de cette famille s'est avéré sensible à l'acidification extracellulaire

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 95-97. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Le travaux présenté dans cette thèse concerne le rôle des canaux ioniques de la membrane plasmique en réponse à des stress salins et non salins ainsi qu’aux interactions possibles avec d’autres événements de signalisation conduisant à la mort cellulaire programmée (PCD). Nous avons montré que les réponses cellulaires précoces: tels que l`augmentation du calcium cytosolique et la production de ROS, classiquement impliqués lors de la PCD, ne semblaient pas être impliqué dans la mort cellulaire induite par les stress hyperosmotiques chez les cellules en culture de tabacco BY2 ou d’A. thaliana. Nous avons montré que, dans les cas de stress salin chez les cellules de BY2 un influx précoce de sodium à travers des canaux cationiques non spécifiques participe au développement de la PCD en entraînant un disfonctionement mitochondrial et la production de O2• - par des NADPH oxydases. Dans le cas de stress hyperosmotique non-ionique, nous avons observé une diminaution précoce de l’intensité des courants anioniques. Afin de poursuivre l’étude du rôle des canaux anioniques lors du stress hyperosmotique non salin, nous avons utilisé des cellules A.thaliana nous permettant de travailler avec le mutant de canal anionique SLAC1. Nous avons constaté que l’activation retardée des canaux SLAC1 participait au développement de la PCD induite par un stress hyperosmotique non salin. La réduction précoce de l'activité des canaux anioniques pourrait participer à la signalisation ou l'ajustement osmotique permettant l'adaptation et la survie cellulaire alors que des évènements retardés, à savoir la production d'anion superoxyde (O2• -) par les NADPH-oxydases et l'activation des canaux anioniques pourraient participer au développement de la PCD d'une partie de la population cellulaire. Nous avons aussi étudié le rôle potentiel des petits peptides appartenant à la famille des peptides FMRFamide décrite chez les métazoaires à l'osmorégulation chez des cellules d’A. thaliana. Des génes susceptibles de coder de tels peptides sont en effet présent dans le génome d’A. thaliana. En utilisant des peptides synthétiques, nous avons montré que ces FLPS putatifs pourraient participer aux réponses induites losr de stress hyperosmotique chez les plantes. Ce travail illustre la complexité et l'importance de la régulation des canaux ioniques dans les voies de signalisation et les processus conduisant à la PCD / The work presented in the present thesis relates to the role of ion channels in response to (ionic and non-ionic) hyperosmotic stresses and their interactions with signaling events leading to PCD in plant. Early cell responses such as cytosolic calcium increase and ROS production classically involved in PCD process, seems not to be involved in hyperosmotic-induced cell death in BY2 tobacco and A. thaliana cultured cells. When BY2 tobacco cells were subjected to hyperosmotic stress, an early influx of sodium through non-selective cation channels participates in the development of PCD through mitochondrial dysfunction and NADPH-oxidase-dependent O2•– generation. On the contrary, non-ionic hyperosmotic stress resulted in an early decrease in anion currents. To further investigate the role of anion channels in non-ionic hyperosmotic stress further experiments were conducted by using A.thaliana cells of the anion channel mutant SLAC1. Results showed that the delayed activation of SLAC1 channels was involved in the non-ionic hyperosmotic stress induced pathway leading to cell death. Interestingly, the early anion channel activity decrease could participate to signalisation or osmotic adjustment allowing cell adaptation and survival, when a second set of events, namely superoxide anion (O2•-) generation by NADPH-oxidase and anion channel activation could participate in PCD development of a part of the cell population. In addition, the potential role of small peptides belonging to the FMRFamide-like peptide (FLP) family described in metazoan in osmoregulation in A. thaliana was investigated. By using synthetic peptides, based on FLPs homolog genes existing in A. thaliana, it was possible to demonstrate that these putative FLPs are involved in hyperosmotic stress response. Overall, the present work shed light on the importance and the complexity of ion channels regulation in the signaling pathways and the processes leading to PCD

Chez l'Homme, la plupart des maladies cardio-vasculaires provoquent une destruction du tissu cardiaque. Ce dernier est remplacé par de la fibrose conduisant à une diminution de la fonction contractile et une augmentation de la charge ventriculaire avec des risques d’arythmie. Pour maintenir un débit cardiaque constant, les cardiomyocytes vont alors s’hypertrophier, induisant sur le long terme le développement une insuffisance cardiaque. L’augmentation de la charge ventriculaire pourrait être perçue par des mécanosenseurs tels que les canaux ioniques mecanosensibles TREK-1. Contrairement aux mammifères adultes, le cœur du poisson zèbre se régénère suite à une destruction massive du ventricule. Cette régénération se fait par un mécanisme de dédifférenciation, suivie d'une étape de prolifération des cardiomyocytes. Chez les mammifères adultes, la prolifération des cardiomyocytes pourrait être bloquée / inhibée empêchant ainsi la régénération. L’hypothèse que les gènes responsables de l’hypertrophie pathologique chez les mammifères adultes suite à l’augmentation de la charge ventriculaire, soient également responsables la prolifération des cardiomyocytes au cours de la régénération cardiaque chez le poisson zèbre est ainsi consistante. Cette étude, a montré que les canaux TREK-1a et TREK-1b du poisson zèbre possèdent des propriétés biophysiques et pharmacologiques, similaires à ceux du canal TREK-1 de mammifères, et qu’ils jouent un rôle fondamental dans la régénération cardiaque. / In humans, most cardiovascular disorders lead to the destruction of cardiac tissue which will be replaced by fibrosis, leading to arrhythmia and reduced contractile function, resulting in an increase in ventricular load. In order to maintain an overall cardiac output, cardiomyocytes undergo hypertrophic response, leading to pathological hypertrophy and heart failure. This increase in ventricular load, have to be sensed by mechanosensors such as the mechanosensitive ion channels such as TREK-1. Unlike mammals, adult zebrafish (zf) can fully regenerate their heart after an extensive insult through cardiomyocyte dedifferentiation followed by proliferation. We believe that in adult mammals, cardiomyocyte proliferation has been blocked/inhibited. Therefore it’s likely that genes which respond to increased ventricular load in mammals and trigger pathological hypertrophy will trigger cardiomyocyte proliferation during heart regeneration in zf. In this study we show that zTREK1a and zTREK1b have similar biophysical and pharmacological properties to mammalian TREK1 and they are important for successful zebrafish heart regeneration.

Un canal chlorure de 10 pS de la membrane basolatérale des cellules intercalaires du canal connecteur présente des propriétés proches de celles de ClC-K2. Nos données de patch clamp montrent que son activité et le nombre de canaux actifs (N) augmentent avec (i) la dépolarisation membranaire (ii) la concentration en calcium externe et (iii) l’alcalinisation extra et intracellulaire. L’alcalinisation extracellulaire déplace la dépendance au voltage vers des potentiels négatifs, alors que l’alcalinisation intracellulaire augmente leur activité à des potentiels négatifs. Ces données suggèrent que le Ca2+ extracellulaire et le pH modulent l’activité des canaux ClC-K2 via une action sur la porte commune plutôt que sur les protopores des autres canaux ClC. Nous avons cherché à établir le rôle et l’identité moléculaire des canaux potassiques basolatéraux du tubule contourné proximal (PCT), peu connus. Nos résultats montrent la présence d’ARNm codant pour les sous-unités Kir4.2 et Kir5.1 dans le PCT et, par western blot et par immunohistochimie, leur expression sur la membrane basolatérale du PCT. Un canal potassique, étudié par patch-clamp, présente des propriétés semblables à celles des canaux hétérotétramériques Kir4.2/Kir5.1 sur la membrane basolatérale du PCT de souris : il présente une conductance de 47 pS, une rectification entrante induite par le Mg2+ intracellulaire, une dépendance de son activité au pHi et un blocage par le Ba2+ extracellulaire. Cependant, un phénotype rénal chez des souris invalidées pour le gène Kcnj15 codant pour Kir4.2 n’a pas pu être mis en évidence. / A 10 pS chloride channel at the basolateral side of connecting duct intercalated cells shares properties with the cloned ClC-K2 channel. Patch-clamp experiments show that its activity and the number of active channels increase with (i) membrane depolarization (ii) external calcium concentration and (iii) external and internal alkalinization. External alkalinization also shifts the voltage-dependence curve towards negative voltages while internal alkalinization flattens the voltage-dependence curve thereby raising channel activity at negative potentials. These data suggest that extracellular calcium and both extra and intracellular protons modulate ClC-K2 channels activity through an action on the common gate rather than on the protopores present in others ClC channels.The role and the molecular identity of basolateral potassium channels of the proximal convoluted tubule (PCT) are not very well known. RT-PCR results revealed the presence of mRNA encoding the Kir4.2 and Kir5.1 potassium channels subunits in mouse PCT tubular cells, and western blot and immunohistochemistry experiments showed that both proteins are expressed at the basolateral membrane of these cells. The most frequent channel observed by patch-clamp on the basolateral membrane of PCT presents a conductance of 47 pS, an inward rectification induced by intracellular Mg2+, an inhibition by extracellular Ba2+ and an activity dependent on intracellular pH. These electrophysiological properties are consistent with the presence of heteromeric Kir4.2/Kir5.1 channels in the basolateral membrane of mouse PCT. The study of mice knocked out for the Kir4.2-encoding gene Kcnj15 did not highlight a renal phenotype.

Les dérivés de platine (cisplatine, oxaliplatine et carboplatine) et les taxanes (paclitaxel et docétaxel) font partie des grandes familles d’agents anticancéreux couramment utilisés en chimiothérapie. Ils permettent de traiter les tumeurs solides telles que les cancers de l’ovaire, du poumon, de la prostate, du sein, tête et cou. Cependant, ils sont à l’origine d’importantes neuropathies périphériques qui peuvent devenir irréversibles et laisser les patients avec des séquelles importantes. Il s'agit de vertiges, acouphènes, engourdissements, pertes de sensibilité, allodynies au toucher ou aux variations de température. Ces effets secondaires sont fortement contraignants et réduisent considérablement la qualité de vie de 30 à 50% des patients. L'importance clinique est considérable, puisque cela conduit environ 1/3 des patients atteints à l’arrêt et/ou au changement des traitements, bien que ceux-ci soient efficaces sur les tumeurs.Les dérivés de platine sont des agents pontants : leurs interactions avec les bases purines de l’ADN forment des adduits, qui vont être reconnus par des protéines de dommage à l’ADN, conduisant à la mort cellulaire. Les taxanes bloquent la dépolymérisation des microtubules, ce qui induit la mort des cellules en divisions. Le fait que deux mécanismes d’action antitumorale très différents provoquent, à court ou à moyen terme, les mêmes neuropathies périphériques, est paradoxal et n’a pas d’explication.Le but de mon projet de thèse était d’étudier le ou les mécanismes à l’origine de ces neuropathies et de développer une formulation visant à les réduire. Pour cela, j’ai étudié les effets des taxanes et dérivés de platine sur les canaux ioniques, impliqués dans la nociception. Ces canaux ioniques, appelés nocicepteurs, sont transcrits dans les corps cellulaires des ganglions spinaux (DRG), avant d’être principalement adressés à l’extrémité des nerfs périphériques. Ils détectent les stimuli mécaniques, thermiques et chimiques et génèrent ou transmettent les potentiels d’action correspondants. Le fait de perturber l’expression génique et/ou l’activité de ces nocicepteurs, aura donc pour conséquence de modifier les seuils de sensibilité et la transmission de différents stimuli.Mes résultats ont permis de quantifier dans des cultures primaires de DRG et in vivo chez la souris, le remodelage génique de nocicepteurs induit par les traitements de chimiothérapie, en corrélation avec l’apparition de neuropathies périphériques que j'ai mesurées par des tests comportementaux. Cela nous a permis d'identifier une famille de molécules candidates, qui pourraient potentiellement contrer le mécanisme identifié dans ces travaux. L'une de ces molécules permet de rétablir l’expression génique de nocicepteurs et aussi de supprimer les neuropathies périphériques chez la souris. Ce travail devrait se poursuivre dans le cadre d'un processus de valorisation, ayant pour objectif d'aboutir à un traitement préventif et/ou curatif, de ces neuropathies chez les patients. / Platinum-based drugs (cisplatin, oxaliplatin and carboplatin) and taxanes (paclitaxel and docetaxel) are among the most common drugs families used in chemotherapy. They are used for treatment of numerous human cancers including bladder, breast, head and neck, lung, ovarian, prostate and testicular cancers. However, these anticancer drugs cause significant peripheral neuropathies, that can become irreversible and leave serious clinical sequelae in patients. These include tinnitus, dizziness, tingling, numbness, loss of sensitivity, allodynia to touch or temperature changes and hyperalgesia. These side effects are highly restrictive and significantly reduce the quality of life of 30-50% of patients. The clinical significance is considerable, since it leads to about one-third of patients with stopping and/or changing treatments, although these are effective on tumors.Platinum-based drugs are DNA binding agents: they generate DNA lesions on the purine bases of DNA, that will be recognized by DNA damage response proteins, leading to cell death. Taxanes block the cell cycle in mitosis, by stabilizing the microtubule cytoskeleton against depolymerization. The fact that these two completely different antitumor mechanisms of action, induce the same peripheral neuropathies in the short to medium term, is paradoxical and has no explanation.The aim of my PhD research project was to study the mechanism(s) behind these neuropathies and to develop a new formulation to prevent and/or reduce them. Therefore, I studied the effects of taxanes and platinum-based drugs on several ion channels, involved in nociception. These ion channels, called nociceptors, are transcribed into the cell bodies of dorsal root ganglia (DRGs) and located to the peripheral nerve endings. They detect mechanical, thermal and chemical stimuli and generate or transmit the corresponding action potentials. Changes in gene expression and/or activity of nociceptors, will therefore modify the nociceptive thresholds and the transmission of different stimuli.My results allowed me to quantify, in primary cell culture of mouse DRGs and in vivo, the remodeling of ion channel expression induced by chemotherapy, in correlation with the development of peripheral neuropathies, that I measured by behavioral assessment. These results allowed us to identify a family of candidate molecules, that could potentially counteract the mechanism identified in this work. I showed that one of these molecules, can restore the gene expression of nociceptors and suppress peripheral neuropathies in mice. This work should continue as part of a valorization process, aiming to lead to a preventive and/or curative treatment, of these neuropathies in patients.

Le défi proposé était d'obtenir une mesure en direct du voltage présent sur une membrane bactérienne. D'abord, nous avons construit et inséré dans nos cellules E. coli un plasmide contenant le canal ionique dépendant du voltage NaChBac (Bacillus halodurans). ha, mesure d'une discontinuité dans le courant (au voltage bien documenté correspondant à l'ouverture du canal) devait permettre de calibrer la tension appliquée. Malheureusement, la présence de courants de fuite a masqué ce signal. Parallèlement, nous avons marqué la membrane avec l'ANNINE-6plus, une sonde fluorescente potentiométrique soluble dans l'eau à large décalage Stark. La fluorescence mesurée variait de ~1,5 % pour un changement de 150 mV sur la membrane. À notre connaissance, il s'agit des premières mesures optiques en temps réel du voltage sur une membrane bactérienne, bien qu'il faille en améliorer le signal et la robustesse.