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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'effet bénéfique de la reperfusion du tissu myocardique ischémique est atténué par des phénomènes délétères, appelés lésions de reperfusion, se produisant durant cette période. En intervenant avec des agents pharmacologiques, il est possible de réduire ces lésions ainsi que la taille de l'infarctus. Parmi ces différents agents, les agonistes des récepteurs AZA de l'adénosine (AZAR) se sont avérés efficaces à engendrer cette protection. Toutefois les mécanismes intracellulaires sous-jacents à cette cardioprotection demeurent encore inconnus. Il a été observé que la modulation de l'activité de la phosphoinositide 3- kinase (PI3-K) et de la p38 « mitogen-activated protein kinase » (MAPK) influence la taille de l'infarctus reperfusé. Pour mieux comprendre les voies intracellulaires impliquées dans ces phénomènes de protection post-ischémique lors de la stimulation des Â2ARs, nous avons mesuré l'activité de la PI3-K et de la p38 MAPK dans un modèle d'infarctus du myocarde chez le lapin anesthésié (30 minutes d'ischémie et cinq heures de reperfusion). Trois groupes ont été constitués : l) groupe témoin, 2) groupe recevant un agoniste sélectif des Â2ARs, le CGS 21680 (0,2 /xg/kg/min), cinq minutes avant le début de la reperfusion et ce, pour 120 minutes (groupe précoce) et 3) groupe recevant l'agoniste cinq minutes après le début de la reperfusion (groupe tardif). Une réduction significative de la taille de l'infarctus, lorsque exprimée en pourcentage de la zone à risque, a été observée dans le groupe traité de façon précoce (25,7 ± 5,3 %) par rapport aux groupes témoin (46,5 ± 5,3 %) et traité tardivement (38,2 ± 6,2 %). L'activité de la p38 MAPK, mesurée par immunodétection (« Western Blot »), était significativement diminuée au niveau du susendocarde ischémique pour les deux groupes traités par rapport au groupe témoin. L'activité de la PI3-K, mesurée par phosphorylation in vitro, était quant à elle augmentée significativement uniquement dans le groupe traité de façon précoce. Ces résultats indiquent que la stimulation des A2aRs avant le début de la reperfusion permet de réduire la taille de l'infarctus. Cette diminution des dommages myocardiques est associée à une augmentation de l'activité de la PI3-K dans le susendocarde. L'inhibition de la p38 MAPK n'est toutefois pas suffisante pour induire une cardioprotection significative.

Le remodelage ventriculaire est un processus réactionnel pouvant faire suite à un infarctus du myocarde (IDM), évènement ischémique aigu survenant lors de l'obstruction d'une artère coronaire. Le remodelage provoque alors des changements géométriques et fonctionnels du tissu myocardique qui permettent de maintenir et d'adapter la fonction cardiaque. Lorsque ce processus est délétère, la maladie évolue vers l'insuffisance cardiaque, ce qui altère le pronostic et la qualité de vie des patients. L'adénosine est un nucléoside ubiquitaire dont les effets sur le remodelage ventriculaire après IDM sont encore peu connus et dépendent du type de récepteur activé. Au sein de notre laboratoire, de précédentes études in vitro ont montré que l'adénosine régule de nombreux acteurs clés du remodelage. Dans ce travail de thèse, nous avons émis l'hypothèse que l'adénosine pouvait avoir un effet bénéfique sur le remodelage ventriculaire après la survenue d'un IDM. Dans un premier temps, nous avons montré que la tomographie par émission de positrons (TEP) permet de caractériser précisément les séquelles d'IDM et de prédire le remodelage ventriculaire chez le rat après occlusion coronaire. Cette technique nous a permis de mettre en évidence le cas d'un rat ayant survécu à un IDM touchant plus de 70% de son ventricule gauche. Dans un deuxième temps, nous avons montré que l'administration chronique d'adénosine, à long terme après IDM chez le rat, permet de maintenir la contractilité cardiaque dans la zone bordant l'IDM. Cet effet cardioprotecteur peut s'expliquer par une stimulation de l'angiogenèse elle-même due à un recrutement de cellules endothéliales progénitrices circulantes. Ensuite, nous avons montré que la chimiokine Monocyte Chemotactic Protein 3 est capable de stimuler la migration des cellules endothéliales progénitrices et est ainsi un agent thérapeutique potentiel après IDM. Enfin, nous avons commencé l'étude préclinique d'une molécule agoniste du récepteur A2A à l'adénosine et antagoniste du récepteur A3, un candidat particulièrement prometteur pour prévenir le remodelage ventriculaire après IDM / Left ventricular (LV) remodeling can follow myocardial infarction (MI), an acute ischemic event which occurs after occlusion of a coronary artery. Remodeling allows maintaining and adapting cardiac function by geometric and functional changes of the myocardium. If this process becomes maladaptive, the patients? prognostic and life quality are impaired by the development of heart failure. Adenosine is an ubiquitous nucleoside with partially characterized effects on LV remodeling. These effects depend on the type of receptor activated. Previous in vitro studies from our laboratory have shown that adenosine regulates several key processes involved in LV remodeling. Here, we hypothesized that adenosine may have beneficial effects on LV remodeling after MI. First, we showed that positon emission tomography (PET) can accurately characterize MI severity and predicts subsequent LV remodeling in the rat model of MI induced by coronary occlusion. Using this technique, we described the case of a rat that survived after a massive infarct covering 70% of the left ventricle. Second, we showed that a chronic administration of adenosine preserves cardiac contractility in the border zone, two months after MI. This cardioprotective effect can be explained, in part, by the stimulation of angiogenesis involving a stimulation of the recruitment of endothelial progenitor cells to the heart. Then, we showed that the Monocyte Chemotactic Protein 3 stimulates the migration of endothelial progenitor cells and is thereby a potential therapeutic target after MI. Finally, we started the preclinical study of an A2A agonist / A3 antagonist, a promising candidate to prevent LV remodeling after MI

Le postconditionnement cardiaque est paradoxal chez le rat. Certains auteurs ont montré que cet animal pouvait être protégé par le postconditionnement alors que d’autres ont montré qu’il était inefficace. L’objectif de notre travail était d’éclaircir cette situation et d’établir un lien entre la régulation des fonctions mitochondriales et la réussite ou l’échec du postconditionnement. Nous avons montré sur un modèle in vivo que le rat est sensible au postconditionnement cardiaque sous certaines conditions. Il semble que la réussite de cette thérapie nécessite à la fois une préservation de la phosphorylation oxydative, une inhibition de l’ouverture du mPTP et une diminution de la production de ROS. Nous avons également montré que le complexe I de la chaîne respiratoire régule l’ouverture du mPTP en liaison avec l’état de la Cyp D. L’ensemble de nos résultats montrent que le rat n’est pas réfractaire au postconditionnement, mais pour que celui-ci soit efficace, il est nécessaire de préserver l’intégrité des différentes fonctions mitochondriales. La cardioprotection et la régulation des fonctions mitochondriales sont donc spécifiquement liées au modèle utilisé / Cardiac postconditioning is paradoxical in rat. Certain authors showed that this animal could be protected by postconditioning whereas others showed that it was ineffective. The objective of our work was to clarify this situation and to establish a link between the regulation of the mitochondrial functions and the success or the failure of postconditioning. We showed on an in vivo model that the rat is sensitive to cardiac postconditioning under certain conditions. It seems that the success of this therapy requires at the same time a safeguarding of oxidative phosphorylation, an inhibition of the mitochondrial permeability transition pore opening and a reduction in the ROS production. We also showed that complex I of the respiratory chain controls the opening of the mPTP in relation with the state of Cyp D. Our results show that the rat is not insensitive to postconditioning, but it is necessary to preserve the integrity of the mitochondrial functions to be effective. The cardioprotection and the regulation of the mitochondrial functions are specifically related to the model used

L’I/R et la cardioprotection par PreC et PostC impactent la fonction mitochondriale et plus précisément le mPTP. Le mPTP est non seulement modulé par des protéines qui participent à sa formation comme la CypD mais aussi par l’environnement cellulaire. Le but de ma thèse a été d’étudier la régulation du mPTP par la CypD, le complexe I et le Ca2+ durant l’I/R et la cardioprotection. Nos conclusions sont : 1. Le complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale régule l’ouverture du mPTP et cela de façon CypD-dépendante. 2. Le PostC est un inhibiteur du complexe I, l’Iso, est le seul PostC efficace chez le rat in vivo. 3. L’inhibition pharmacologique ou génétique de la CypD cardioprotège en modulant l’ouverture du mPTP et l’homéostasie calcique. 4. La CypD a un nouveau rôle dans la cardioprotection, indépendamment de son action sur le mPTP. En effet, elle module le transfert calcique au niveau des MAM et plus précisément le transfert de Ca2+ entre les RS et la mitochondrie. Son inhibition prévient la surcharge calcique mitochondriale intervenant lors de l’I/R. L’ensemble de ces résultats nous permet de conclure que le mPTP est régulé par de nombreux facteurs interconnectés. Le Ca2+ est l’effecteur principal de l’ouverture du mPTP. La CypD a une action Ca2+ dépendante et module l’homéostasie calcique au niveau des MAM. Le complexe I régule l’ouverture du mPTP de façon CypD dépendante. Enfin les fonctions mitochondriales cardioprotecteurs mPTP-dépendants englobe la CypD, le Ca2+, le complexe I et les fonctions mitochondriales. Cette vision plus large et intégrée de la régulation du mPTP pourra donner des pistes plus efficaces dans le développement de traitements pharmacologiques cardioprotecteurs / Reperfusion of the heart after an ischemic event leads to the opening of a nonspecific pore in the inner mitochondrial membrane, the mitochondrial permeability transition pore (mPTP). Inhibition of mPTP opening is an effective strategy to prevent cardiomyocyte death. For example, inhibition of mPTP opening via ischaemic preconditioning (PreC) and post-conditioning (PostC) decreased the myocardial infarct size after ischemia–reperfusion. Although the molecular composition of the mPTP remains unclear, the matrix protein cyclophilin-D (CypD) is the best defined regulatory component of mPTP. In this thesis, we demonstrated that Complex I of the respiratory mitochondrial chain also regulates mPTP in a CypD-dependent manner. We also proved that inhibition of Complex I by isoflurane prevents lethal reperfusion injury in an in vivo rat model of ischemia-reperfusion. Finally, we proved that cardioprotective inhibition of CypD modulates calcium homeostasis and fluxes between mitochondria and sarcoplasmic reticulum. In summary, our results suggest that mPTP is regulated by several interconnected factors like calcium, CypD, complex I and mitochondrial functions

Le pore de transition de perméabilité mitochondriale (PTPm) joue un rôle majeur dans la mort cellulaire et dans la cardioprotection. Notre hypothèse est que le complexe I de la chaîne respiratoire est impliqué dans la régulation de l’ouverture du PTPm. Sur des mitochondries isolées de cœurs des rongeurs, nous avons pu démontrer que le PTPm est désensibilisé par la cyclosporine A, un inhibiteur de la cyclophiline D (CyP-D), et cet effet est largement amplifié en présence de la roténone, un inhibiteur du complexe I. Ces résultats ont été confirmés chez la souris CyP-D déficiente. L’étude de plusieurs types cellulaires a aussi confirmé l’effet de la roténone dans la régulation du PTPm. Ainsi, nous avons pu montrer que le flux d’électrons travers le complexe I est capable de réagir sur un site de régulation du PTPm cardiaque masqué par la CyP-D. De plus, les analogues de l’ubiquinone, élément de la chaîne respiratoire impliqué dans le transfert d’électrons entre les complexes I, II et III, modulent la susceptibilité du PTPm vis-à-vis du Ca2+. Par ailleurs, dans un modèle de cœur isolé du rat, le postconditionnement par le perindoprilate, un inhibiteur de l’enzyme de conversion, diminue la taille de l’infarctus après l’ischémie-reperfusion d’une façon NO-dépendant. L’ensemble de nos résultats ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques dans la cardioprotection et montre l’importance du complexe I et de la CyP-D comme cibles moléculaires incontournables dans la cardioprotection / The mitochondrial permeability transition pore (mPTP) plays an important role in cell death and cardioprotection. Our hypothesis is that the complex I of mitochondrial respiratory chain regulates the opening of mPTP. We showed that the opening of mPTP was inhibited by Cyclosporin A (CsA), a cyclophilin D (CyP-D) inhibitor, in mitochondria isolated from rodent heart, and this effect was largely amplified by rotenone, a complex I inhibitor. These results were confirmed in mitochondria devoid of CyP-D. A study realised in several cell lines also confirmed the effect of rotenone in mPTP regulation. We concluded that the electron flow through the respiratory chain complex I regulate mPTP opening and the regulatory site is masked by CyP-D in cardiac mitochondria. Moreover, two analogues of ubiquinone, mobile carrier of electrons between complex I, II and complex III, modulate the susceptibility of mPTP. In addition, in a model of isolated rat heart, postconditioning with Perindoprilat, an angiotensin converting enzyme inhibitor, protects the heart from ischemia-reperfusion injury in an NO-dependant manner. The findings of the present work put new therapic perspectives in cardioprotection

Thesis (PhD)--University of Stellenbosch, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: The Mechanism of -adrenergic preconditioning ( -PC) Ischaemic preconditioning (IPC), a potent endogenous protective intervention against myocardial ischaemia, is induced by exposure of the heart to repetitive short episodes of ischaemia and reperfusion. The protective effects of this phenomenon have been demonstrated to be mediated by release of autocoids such as adenosine, opioids and bradykinin. Release of endogenous catecholamines and activation of the beta-adrenergic receptors (b-AR) have also been shown to be involved in ischaemic preconditioning. However, the exact mechanism whereby activation of the - adrenergic signal transduction pathway leads to cardioprotection, is still unknown. In view of the above, the aims of the present study were to evaluate: (i) the respective roles of the 1-, 2- and 3-AR receptors as well as the contribution of Gi protein and PKA to -adrenergic preconditioning, (ii) the role of the prosurvival kinases, PKB/Akt and ERK 44/p42 MAPKinase in -drenergic preconditioning, (iii) whether b-AR stimulation protect via ischaemia and the formation of adenosine; the respective roles of the A1-, A2-, A3-adenosine receptors as well as the involvement of the PI3-K/PKB/Akt and ERKp44/p42 signal transduction pathways, in the cardioprotective phenomemon of -adrenergic preconditioning and (iv) the contribution of the mitochondrial KATP channels (mKATP), reactive oxygen species and NO to the mechanism of -AR-induced cardioprotection. Methods: Isolated perfused rat hearts were subjected to 35 min regional ischaemia (RI) and reperfusion. Infarct size (IS) was determined using tetrazolium staining (TTC) and data were analyzed with ANOVA. Hearts were preconditioned with 5 min isoproterenol 0.1 μM ( 1/ 2-AR agonist), or formoterol 1 nM ( 2-AR agonist) or BRL 37344 1 μM ( 3-AR agonist) followed by 5 min reperfusion. The roles of the 1-, 2- and 3-ARs as well as NO were explored by using the selective antagonists CGP-20712A (300 nM), ICI -18551 (50 nM), SR59230A (100 nM) and NOS inhibitors L-NAME (50 μM) or LNNA (50 μM) respectively. Involvement of ROS and the mK+ ATP channels was studied by administration of N-acetyl cysteine (NAC, 300 μM) and the mitK+ ATP iv channel blocker 5-HD (100 μM) during the triggering phase. The role of PKA and PI3-K/Akt was investigated by the administration of the blockers Rp-8-CPT-cAMPs (16 μM) and wortmannin (100 nM) respectively, prior to RI or at the onset of reperfusion. Pertussis toxin (PTX), 30 μg kg-1 was administered i.p., 48 h prior to experimentation. The role of adenosine and the adenosine A1, A3, A2A and A2B receptors was studied by using adenosine deaminase and the selective antagonists DPCPX (1 μM), MRS 1191(1 μM), ZM241385 (1 μM) and MRS1754 (1 μM). Activation of PKB/Akt and ERKp44/p42 was determined by Western blot. Results: Infarct sizes of hearts preconditioned with isoproterenol of formoterol were significantly smaller compared to those of non-preconditioned hearts. This was associated with an improvement in postischaemic mechanical performance. However the 3-AR agonist BRL37344 could not reduce infarct size. The 1- and 2-AR blockers CGP-20712A and ICI-118551 completely abolished the isoproterenol-induced reduction in infarct size and improvement in mechanical recovery, while the 3-AR blocker was without effect. Both Rp-8-CPT-cAMPs and wortmannin significantly increased infarct size when administered before 1/ 2-AR preconditioning or at the onset of reperfusion while it reduced mechanical recovery during reperfusion. PTX pretreatment had no significant effect on the reduction in infarct size induced by 1/ 2-AR or 2-AR preconditioning, however it reduced mechanical recovery in the latter. The NOS inhibitors had no effect on the reduction in infarct size induced by 1/ 2-AR preconditioning, but depressed mechanical function during reperfusion. The significant reduction in infarct size by 1/ 2-PC, was associated with activation of ERKp44/p42 and PKB/Akt during the triggering phase, as well as during reperfusion. DPCPX (A1-AdoR antagonist) had no effect on the 1/ 2-PC-induced reduced infarct size or ERK p44/p42 and PKB activation. A2A-AdoR, but not A2b-AdoR, blockade during the trigger phase abolished the reduction in infarct size of 1/ 2-PC. Both antagonists significantly reduced ERK and PKB activation in the trigger phase. In addition, when applied at the onset of reperfusion they significantly reduced ERK p44 / v p42 MAPK and PKB/Akt activation to an even greater extent. MRS-1191 (A3-AdoR antagonist) blocked 1/ 2-PC when applied prior to index ischaemia or when added during early reperfusion, significantly inhibiting both ERK p44 and PKB activation. Cardioprotection of 1/ 2-PC was abolished by inhibition of ROS generation with NAC in the triggering phase as well as at the start of reperfusion. However, the mitoK+ ATP channel blocker 5- HD was without effect. Conclusions: Protection afforded by an acute transient stimulation of the -ARs, depends on the activation of both 1-AR and 2-ARs but not the 3-AR. PKA as well as PI3-K activation prior to sustained ischemia and at the onset of reperfusion were essential for cardioprotection. With functional recovery as endpoint, it appears that NO is involved in 1/ 2-AR preconditioning, while the Gi protein may play a role in 2-AR preconditioning. The production of endogenous adenosine induced by transient b1/b2 stimulation of the isolated rat heart is involved in b−AR preconditioning. Cardioprotection was shown not to be dependent on the A1AdoR while activation of the A3-AdoR occurs during both the triggering and mediation phases. Both the adenosine A2A and, to a lesser extent, the adenosine A2B receptors participate in the triggering phase of b1/b2-PC. Generation of ROS during the triggering and reperfusion phases is involved in eliciting protection, but no role for the mKATP channels could be demonstrated. Finally, activation of the RISK pathway (PKB/Akt and ERKp44/p42) during the triggering phase is a prerequisite for protection. In addition, cardioprotection by b-AR is characterized by activation of the RISK pathway during reperfusion. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Iskemiese prekondisionering (IPC) is ‘n kragtige endogene beskerming teen miokardiale iskemie, wat deur blootstelling van die hart aan kort opeenvolgende episodes van iskemie en herperfusie, ontlok word. Hierdie beskerming word medieer deur vrystelling van outakoïede soos adenosine, opioïede en bradikinien. Vrystelling van endogene katekolamiene en aktivering van die betaadrenerge reseptore (b-AR) is bewys om ook by hierdie proses betrokke te wees. Die presiese meganismes waardeur aktivering van die -adrenerge seintransduksiepad tot miokardiale beskerming lei, is nog onbekend. In die lig van bogenoemde, was die doel van die huidige studie om die volgende te evalueer: (i) die onderskeie rolle van die b1-, b2- en b3-AR sowel as die bydrae van die Gi proteïen en PKA in b- adrenerge prekondisionering, (ii) of b-AR stimulasie beskerming ontlok via iskemie en vorming van adenosien, die onderskeie rolle van die A1-, A2-, A3-adenosien reseptore (AdoRs) sowel as die PI3- K/PKB/Akt en ERKp44/p42 seintransduksie paaie, (iv) die mitochondriale KATP (mKATP) kanale, vry suurstof radikale en NO in b−AR prekondisionering. Metodes: Geïsoleerde, geperfuseerde rotharte is aan 35 minute streeksiskemie en herperfusie onderwerp. Infarktgrootte (IS) is deur die tetrazolium (TTC)-kleuringsmetode bepaal. Data is met behulp van ANOVA analiseer. Harte is geprekondisioneer vir 5 min met isoproterenol 0.1 μM ( 1/ 2-AR agonist), of formoterol 1 nM ( 2-AR agonist) of BRL 37344 1 μM ( 3-AR agonist), gevolg deur 5 min herperfusie, voor streeksiskemie. Die belang van die 1-, 2- en 3-ARs sowel as NO is ondersoek, deur onderskeidelik gebruik te maak van selektiewe antagoniste nl CGP- 20712A (300 nM), ICI -18551 (50 nM), SR59230A (100 nM) en NOS inhibitore L-NAME (50μM) of LNNA (50μM). Die rol van die mK+ ATP kanale en ROS is bepaal deur die toediening van die mK+ ATP kanaal blokker 5-HD (100 μM) en die vrye-radikaal opruimer, N-asetiel cysteine (NAC, 300 μM). Die belang van PKA en PI3-K/Akt is bepaal deur toediening van die PKA blokker Rp-8- CPT-cAMPs (16μM) en wortmannin (100nM) respektiewelik. Pertussis toxin (PTX), 30 μg kg-1 is i.p toegedien, 48 uur voor eksperimentasie. vii Die rol van adenosien en die adenosien A1, A2A, A2B en A3 reseptore is bestudeer, deur gebruik te maak van adenosien deaminase en die selektiewe antagoniste DPCPX (1 μM), MRS 1191(1 μM), ZM241385 (1 μM) and MRS1754 (1 μM),repektiewelik. Die middels is deurgaans toegedien tydens die prekondisioneringsprotokol (“snellerfase”) of tydens vroeë herperfusie. Aktivering van PKB/Akt en ERK p44/p42 is deur Western blot analise bepaal. Resultate: Infarktgrootte van harte wat geprekondisioneer is met of isoproterenol ( 1/ 2-PC) of formoterol ( 2-PC), was beduidend kleiner as díe van ongeprekondisioneerde harte. Dit is geassosieer met ‘n toename in postiskemiese meganiese herstel. Die 3-AR agonis BRL37344 ( 3- PC) het egter geen effek op infarktgrootte gehad nie. Die selektiewe 1- en 2-AR blokkers CGP- 20712A en ICI-118551 het die afname in infarktgrootte heeltemal opgehef, asook die verbetering in meganiese herstel tydens herperfusie terwyl die 3-AR blokker geen effek getoon het nie. Beide Rp- 8-CPT-cAMPs en wortmannin het infarktgrootte beduidend vergroot en meganiese herstel beduidend verlaag, wanneer dit net voor 1/ 2-prekondisionering of tydens die begin van herperfusie toegedien is. PTX voorafbehandeling het geen beduidende effek op die vermindering van infarktgrootte (geïnduseer deur 1/ 2-PC of 2-PC) gehad nie. Meganiese herstel is egter verminder in die geval van 2-PC. Die NOS inhibitore het geen effek op die vermindering in infarktgrootte geïnduseer deur b1/b2 gehad nie, maar het ook meganiese herstel onderdruk. Die beduidende afname in infarktgrootte deur b1/b2 prekondisionering is gekenmerk deur aktivering van ERKp42/p44 en PKB/Akt tydens die snellerfase. Soortgelyke aktivering van hierdie kinases is ook tydens herperfusie van b-AR geprekondisioneerde harte waargeneem. DPCPX (A1-AdoR antagonis) het geen effek op die infarkt-verminderde effek van 1/ 2- prekondisionering of op ERK p44/p42 en PKB aktivering gehad nie. A2A-AdoR, maar nie A2b – AdoR, blokkade tydens die snellerfase, het die effek van b-AR prekondisionering op infarktgroottee opgehef. Beide antagoniste het die aktivering van ERKp42/p44 en PKB/Akt tydens die snellerfase onderdruk. Wanneer toegedien tydens herperfusie, het dit die aktivering van hierdie kinases tot ‘n groter mate onderdruk. MRS-1191 (A3-AdoR antagonis) het infarktgrootte beduidend verhoog en 1/ 2-prekondisionering geblokkeer, beide wanneer dit voor indeks-iskemie toegedien is of tydens vroeë herperfusie, tesame met inhibisie van PKB en ERK p44/p44 aktivering. viii Die kardiobeskerming van 1/ 2-prekondisionering is opgehef deur middel van opruiming van vry suurstof radikale deur NAC in die snellerfase sowel as aan die begin van herperfusie. Die mK+ ATP kanaal blokker 5-HD het geen effek op b-AR prekondisionering gehad nie. Gevolgtrekking: Kardiobeskerming teweeggebring deur ‘n kort periode van stimulasie van die - ARs, is afhanklik van die aktivering van beide 1-AR en 2-ARs, maar nie 3-AR nie. PKA sowel as PI3-K aktivering, net voor volgehoue iskemie en tydens vroeë herperfusie, is aangedui om noodsaaklik vir 1/ 2-AR prekondisionering te wees. Waar funksionele herstel as eindpunt gebruik is, blyk dit dat NO wel betrokke is by 1/ 2-AR prekondisionering, terwyl die Gi protein ‘n rol mag speel in 2-AR prekondisionering. Vorming van endogene adenosien tydens b-adrenerge stimulasie is betrokke by b-AR prekondisionering. Hierdie beskerming is nie van die A1-AdoR afhanklik nie, maar aktivering van die A3-AdoR is nodig tydens beide die sneller en herperfusie fases. Beide die A2A-AdoR, en tot ‘n mindere mate die A2B–AdoR, is ook betrokke by die snellerfase. Vorming van vry suurstof radikale is nodig vir b-AR prekondisionering, nterwyl die mKATP kanale nie betrokke is nie. Ten slotte, aktivering van die RISK seintransduksiepad (ERKp42/p44 en PKB/Akt) tydens die snellerfase is ‘n voorvereiste vir die ontlokking van beskerming. Daarbenewens word b-AR prekondisionering gekarakteriseer deur aktivering van hierdie pad tydens herperfusie. / South African Medical Research Council / University of Stellenbosch

Introduction : Dans le cœur adulte, l'ischémie et la reperfusion entraînent des perturbations électriques, mécaniques, biochimiques et structurales qui peuvent causer des dommages réversibles ou irréversibles selon la sévérité de l'ischémie. Malgré les récents progrès en cardiologie et en chirurgie fœtales, la connaissance des mécanismes impliqués dans la réponse du myocarde embryonnaire à un stress hypoxique transitoire demeure lacunaire. Le but de ce travail a donc été de caractériser les effets chrono-, dromo- et inotropes de l'anoxie et de la réoxygénation sur un modèle de cœur embryonnaire isolé. D'autre part, les effets du monoxyde d'azote (NO) et de la modulation des canaux KATP mitochondriaux (mitoKATP) sur la récupération fonctionnelle postanoxique ont été étudiés. La production myocardique de radicaux d'oxygène (ROS) et l'activité de MAP Kinases (ERK et JNK) impliquées dans la signalisation cellulaire ont également été déterminées.<br />Méthodes : Des cœurs d'embryons de poulet âgés de 4 jours battant spontanément ont été placés dans une chambre de culture puis soumis à une anoxie de 30 min suivie d'une réoxygénation de 60 min. L'activité électrique (ECG), les contractions de l'oreillette, du ventricule et du conotroncus (détectées par photométrie), la production de ROS (mesure de la fluorescence du DCFH) et l'activité kinase de ERK et JNK dans le ventricule ont été déterminées au cours de l'anoxie et de la réoxygénation. Les cœurs ont été traités avec un bloqueur des NO synthases (L-NAME), un donneur de NO (DETA-NONOate), un activateur (diazoxide) ou un inhibiteur (5-HD) des canaux mitoKATP, un inhibiteur non-spécifique des PKC (chélérythrine) ou un piégeur de ROS (MPG).<br />Résultats : L'anoxie et la réoxygénation entraînaient des arythmies (essentiellement d'origine auriculaire) semblables à celles observées chez l'adulte, des troubles de la conduction (blocs auriculo-ventriculaires de 1er, 2ème et 3ème degré) et un ralentissement marqué du couplage excitation-contraction (E-C) ventriculaire. En plus de ces arythmies, la réoxygénation déclenchait le phénomène de Wenckebach, de rares échappements ventriculaires et une sidération myocardique. Aucune fibrillation, conduction rétrograde ou activité ectopique n'ont été observées. Le NO exogène améliorait la récupération postanoxique du couplage E-C ventriculaire alors que l'inhibition des NOS la ralentissait. L'activation des canaux mitoKATP augmentait la production mitochondriale de ROS à la réoxygénation et accélérait la récupération de la conduction (intervalle PR) et du couplage E-C ventriculaire. La protection de ce couplage était abolie par le MPG, la chélérythrine ou le L-NAME. Les fonctions électrique et contractile de tous les coeurs récupéraient après 30-40 min de réoxygénation. L'activité de ERK et de JNK n'était pas modifiée par l'anoxie, mais doublait et quadruplait, respectivement, après 30 min de réoxygénation. Seule l'activité de JNK était diminuée (-60%) par l'activation des canaux mitoKATP. Cet effet inhibiteur était partiellement abolit par le 5-HD.<br />Conclusion: Dans le cœur immature, le couplage E-C ventriculaire semble être un paramètre particulièrement sensible aux conditions d'oxygénation. Sa récupération postanoxique est améliorée par l'ouverture des canaux mitoKATP via une signalisation impliquant les ROS, les PKC et le NO. Une réduction de l'activité de JNK semble également participer à cette protection. Nos résultats suggèrent que les mitochondries jouent un rôle central dans la modulation des voies de signalisation cellulaire, en particulier lorsque les conditions métaboliques deviennent défavorables. Le cœur embryonnaire isolé représente donc un modèle expérimental utile pour mieux comprendre les mécanismes associés à une hypoxie in utero et pour améliorer les stratégies thérapeutiques en cardiologie et chirurgie fœtales.

Le postconditionnement cardiaque est paradoxal chez le rat. Certains auteurs ont montré que cet animal pouvait être protégé par le postconditionnement alors que d'autres ont montré qu'il était inefficace. L'objectif de notre travail était d'éclaircir cette situation et d'établir un lien entre la régulation des fonctions mitochondriales et la réussite ou l'échec du postconditionnement. Nous avons montré sur un modèle in vivo que le rat est sensible au postconditionnement cardiaque sous certaines conditions. Il semble que la réussite de cette thérapie nécessite à la fois une préservation de la phosphorylation oxydative, une inhibition de l'ouverture du mPTP et une diminution de la production de ROS. Nous avons également montré que le complexe I de la chaîne respiratoire régule l'ouverture du mPTP en liaison avec l'état de la Cyp D. L'ensemble de nos résultats montrent que le rat n'est pas réfractaire au postconditionnement, mais pour que celui-ci soit efficace, il est nécessaire de préserver l'intégrité des différentes fonctions mitochondriales. La cardioprotection et la régulation des fonctions mitochondriales sont donc spécifiquement liées au modèle utilisé