No description available.

La rétinopathie diabétique est la cause principale de cécité dans la population en âge de travailler. Une détection précoce et un traitement adapté permettent de réduire considérablement le risque de perte de vue. Les autorités médicales recommandent un examen annuel pour les patients diabétiques. Plusieurs programmes de dépistage de la rétinopathie diabétique ont été déployés pour appliquer cette recommandation. L'objectif du projet TeleOphta était de détecter automatiquement des examens normaux dans un système de dépistage du diabète, afin de réduire le fardeau des lecteurs, et donc servir plus de patients. Cette thèse propose plusieurs méthodes pour extraire des informations liées à des lésions provoquées par la rétinopathie diabétique dans des images en couleurs du fond d'œil.La détection des exsudats, microanévrismes et hémorragies est discutée en détail. L'un des principaux défis de ce travail est de traiter des images cliniques, acquises avec différents types de caméras de fond d'œil, par des personnes différentes. Par conséquent, l'hétérogénéité de la base de données est élevé. Des nouvelles méthodes de pré-traitement, qui effectuent non seulement des tâches de normalisation et de débruitage, mais aussi de détection de réflexions et d'artefacts optiques, sont proposées. Des méthodes de segmentation des candidats basées sur la morphologie mathématique, et de nouveaux descripteurs de texture et de contexte sont proposées pour la caractérisation des lésions. Un algorithme de forêts aléatoires est utilisé pour choisir les lésions parmi les candidats. Les méthodes proposées utilisent largement des nouvelles méthodes d'analyse des résidus.En outre, trois nouvelles bases de données publiques d'images de la rétine, e-ophtha EX, e-ophtha MA et e-ophtha HM, respectivement conçues pour développer et évaluer les méthodes de détection d' exsudats,de microanévrismes et d'hémorragies, sont proposées dans ce travail. Les images ont été extraites du réseau de télémédecine OPHDIAT pour le dépistage de la rétinopathie diabétique. Des annotations manuelles détaillées des lésions sont fournies avec ces bases de données. Les algorithmes proposés sont évalués sur ces bases.Les méthodes proposées ont été intégrées dans le système TeleOphta , qui est présentée et évaluée sur deux grandes bases de données. Chaque dossier du patient est classé en deux catégories: “Pour avis” ou “Normal". La classification est basée non seulement sur les résultats des méthodes présentées, mais aussi sur les signatures d'image fournies par d'autres partenaires, ainsi que sur l'information médicale du patient, et les données liées à l'acquisition. L'évaluation montre que le système TeleOphta permet de traiter deux fois plus de patients dans un réseau de dépistage, à moyens constants. / Diabetic retinopathy is the main cause of blindness among the middle-aged population. An early detection and adapted treatment considerably reduce the risk of sight loss. Medical authorities recommend an annual examination to diabetic patients. Several diabetic retinopathy screening programs have been deployed to enforce this recommendation. The aim of the TeleOphta project was to automatically detect normal examinations in a diabetic screening system, in order to reduce the burden on readers, and therefore serve more patients. This thesis proposes several methods to extract information linked to diabetic retinopathy lesions from color eye fundus images.The detection of exudates, microaneurysms and hemorrhages is discussed in detail. One of the main challenges of this work is to deal with clinical images, acquired by different types of eye fundus cameras, by different persons. Therefore the data base heterogeneity is high. New pre-processing methods, which perform not only normalization and denoising tasks, but also detect reflections and artifacts in the images, are proposed. Novel candidate segmentation methods based on mathematical morphology, and new textural and contextual features for lesion characterization, are proposed. A random forest algorithm is used to detect lesions among the candidates. The proposed methods make extensive use of new residue analysis methods.Moreover, three new publicly available retinal image databases, e-ophtha EX, e-ophtha MA and e-ophtha HM, respectively designed to develop and evaluate exudate, microaneurysms and hemorrhages detections methods, are proposed in this work. The images are extracted from the OPHDIAT telemedicine network for diabetic retinopathy screening. Manual annotations of the lesions are given in detail in these databases. The proposed algorithms are evaluated on these databases.The proposed methods have been integrated within the TeleOphta system, which is presented and evaluated on two large databases. Each patient record is classified into two categories: “To be referred” or “Normal”. The classification is based not only on the results of the presented methods, but also on image signatures provided by other partners, as well as on medical and acquisition-related information. The evaluation shows that the TeleOphta system can make about 2 times more patients benefit from the diagnosis service.

Les complications vasculaires rétiniennes constituent des évènements qui peuvent être observés au cours de rétinopathies pouvant être à l’origine d’une cécité à tous les stades de la vie. Ces complications concernent particulièrement la rétinopathie du prématuré, la rétinopathie diabétique et la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Les lipides offrent de nombreuses possibilités pour prévenir et éventuellement freiner le développement de ces rétinopathies. Parmi eux, la classe des plasmalogènes est particulièrement riche en acides gras poly-insaturés (AGPI), qui sont libérés par une phospholipase indépendante du calcium (iPLA2) et qui sont précurseurs de métabolites biologiquement actifs. Certains de ces métabolites sont connus pour être impliqués dans la modulation de l’angiogenèse rétinienne. L’objectif de ce travail de thèse a été d’évaluer l’implication des plasmalogènes dans le développement vasculaire rétinien par l’intermédiaire de la libération des AGPI par la iPLA2. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons caractérisé les évènements cellulaires et moléculaires du développement vasculaire rétinien postnatal chez un modèle animal d’inhibition de la iPLA2 rétinienne que nous avons préalablement développé, ceci de manière comparative avec un modèle de déficience totale en plasmalogènes. Nous avons également tenté de mettre en évidence de potentielles altérations du métabolisme des plasmalogènes chez au cours d’une rétinopathie à composante vasculaire chez l’homme, la rétinopathie diabétique. Nos résultats ont suggéré que les plasmalogènes sont indispensables pour le développement physiologique des vaisseaux rétiniens. Ils seraient impliqués dans le contrôle de la formation de la trame astrocytaire et la mise en place du réseau endothélial par l’intermédiaire des AGPI libérés par la iPLA2. Les mécanismes moléculaires impliqueraient la voie des Angiopoïétines-Tie sans affecter celle du VEGF. Chez l’homme, nous avons noté une réduction des AGPI circulants, en particulier l’acide docosaexanéïque et l’acide arachidonique, sur les phosphatidyl-éthanolamines chez tous les patients diabétiques avec ou sans rétinopathie diabétique, sans implication des formes plasmalogènes. Nos résultats suggèrent une implication du métabolisme des plasmalogènes dans le contrôle du développement vasculaire en période péri-natale mais pas au cours de la rétinopathie diabétique. Ce contrôle serait exercé par l’intermédiaire des AGPI libérés par la iPLA2. / Retinal vascular complications are secondary events of several retinopathies that result in blindness at all ages. Such complications can be observed in retinopathy of prematurity, diabetic retinopathy and age-related macular degeneration. Lipids, and particularly polyunsaturated fatty acids (PUFAs), display beneficial properties in the prevention of such retinopathies. Among the different lipid classes, the plasmalogen subclass is particularly interesting since it is known to be rich in PUFAs. These PUFAs are known to be released by a calcium-independent phospholipase (iPLA2) and further converted into biologically active metabolites. Some of these metabolites are known to be involved in the modulation of retinal angiogenesis. The aim of this work was to evaluate the involvement of plasmalogens in retinal vascular development through PUFA release by iPLA2. To check this hypothesis, we have comparatively characterized cellular and molecular mechanisms of postnatal retinal vascular development in an animal model of retinal iPLA2 inhibition as well as in a model of plasmalogens deficiency. On the other hand, we have attempted to identify potential alterations in plasmalogen metabolism in diabetic retinopathy. Our results suggest that plasmalogens are essential for the physiological development of retinal vessels. They are involved in the control of astrocyte template formation and the development of the primary vascular network through PUFA released by iPLA2. Molecular mechanisms by which PUFAs from plasmalogens control retinal vascular development involve Angiopoietin-Tie pathways, without affecting those involving VEGF. In the human study, we have observed a decrease in the bioavailability of circulating PUFAs, and especially docosaexaneic acid and arachidonic acid binded to phosphatidyl-ethanolamine in all diabetic patients with or without diabetic retinopathy. Plasmalogens were not involved in these modifications. Our results suggest that plasmalogen metabolism is involved in the control of primary vascular growth during retinal development but not in diabetic retinopathy. Plasmalogens may control early steps of retinal vascular development through the release of PUFAs by iPLA2.

No description available.

La rétinopathie diabétique est une cause majeure de cécité et de malvoyance qui affecte jusqu'à 90% des patients atteints de diabète. Le Maroc n’échappe pas à cette pathologie, qui est connue pour altérer le fonctionnement du système visuel et pourrait conduire également à des désordres chronobiologiques, aussi bien chez l’Homme que chez des modèles animaux. Ces altérations pourraient être liées aux dégénérescences neuronales des systèmes de photoréception classique (cône et bâtonnet) et des cellules ganglionnaires à mélanopsine, impliqués dans la régulation et l’entraînement par la lumière du système circadien. Cependant, à l’heure actuelle, peu d’études ont analysé précisément l’impact de la rétinopathie diabétique sur le système circadien. L’objectif de notre travail est d’analyser au cours de la rétinopathie diabétique (1) l’atteinte des cônes, des bâtonnets et des cellules ganglionnaires à mélanopsine, (2) le fonctionnement endogène moléculaire et la réponse à la lumière des horloges centrale et rétinienne et (3) la réponse comportementale du système circadien à la lumière. Notre stratégie est basée sur l’utilisation d’un modèle murin, chez lequel le diabète est induit expérimentalement par l’administration d’un agent chimique la streptozotocine (STZ), toxique pour les cellules β pancréatiques. Des approches morphométriques, moléculaires et comportementales ont été utilisées. Nos résultats montrent que le diabète induit des changements morphologiques des cellules ganglionnaires à mélanopsine tels que des gonflements des somas et des varicosités au niveau des dendrites avec une préservation du nombre total de ces cellules. Ceci est associé à une diminution de l’induction par la lumière du gène c-fos et des gènes de l’horloge Per1 et Per2 au niveau du SCN et à l’absence de cette induction au niveau rétinien au stade 12 semaines après l’induction du diabète. La machinerie moléculaire des horloges rétinienne et centrale évaluée par l’analyse de l’expression circadienne des gènes de l’horloge et des gènes contrôlés par les gènes de l’horloge montre que certains gènes de l’horloge clés pour chaque tissu sont altérés. A l’échelle comportementale, les souris STZ (souris diabétiques) montrent une réduction de l’amplitude du rythme de leur activité locomotrice totale et une diminution de la sensibilité à la lumière aux faibles intensités. Après une avance de phase du cycle 12L/12D, ces animaux présentent également une diminution de la vitesse de resynchronisation au nouveau cycle lumineux imposé par rapport aux animaux témoins. Ces nouvelles données montrent que le diabète de type 1 altère les réponses du système circadien à la lumière d’un point de vue moléculaire et comportemental et suggèrent que les patients diabétiques peuvent présenter des troubles circadiens particulièrement lorsqu’ils sont soumis aux challenges chronobiologiques / Diabetic retinopathy is a major cause of blindness and is commonly viewed as a vascular complication of type 1 diabetes. However, this kind of diabetes causes visual dysfunction before the onset of clinically visible microvascular changes, associated with diabetic retinopathy. Several histopathological studies in diabetic patients and in chemically-induced or genetic rodent models of diabetes indicate that photoreceptors and retinal ganglion cells (RGCs) are affected by diabetes with apoptotic degeneration. There is increasing evidence that melanopsin-expressing ganglion cells that are crucial for the regulation of a range of non-visual functions including the photic synchronization of circadian rhythms are altered in retinal pathologies. The link between diabetes and circadian rhythms has only been addressed in a relatively limited number of studies. Using a streptozotocin-induced (STZ) model of diabetes, we investigated the impact of diabetic retinopathy on non-visual functions by analyzing the morphology of melanopsin ganglion cells and light-induced c-fos and Period 1-2 clock genes in the central (SCN) and the retina clocks. The effect of this pathology on the endogenous circadian function of clock and controlled clock genes was assessed in the SCN and the retina at 12 weeks post-diabetes. Behaviorally, the ability of STZdiabetic mice to entrain to light was challenged by the exposure of animals to 1) successive light/dark (LD) cycle of decreasing or increasing light intensities during the light phase and 2) 6-hr advance of the LD cycle. Our results show that diabetes induces morphological changes of melanopsin-expressing ganglion cells including soma swelling and dendritic varicosities with no reduction in their total number, associated with decreased c-fos and clock genes induction by light in the SCN and also in the retina at 12 weeks post-onset of diabetes. In addition, the circadian expression of major clock genes was altered in the central and retinal clocks, suggesting that RD affects the endogenous molecular machinery and the light response of these two clocks. Moreover, STZ-diabetic mice exhibited a reduction of overall locomotor activity, a decrease of circadian sensitivity to light at low intensities, and a delay in the time to re-entrain after a phase advance of the LD cycle. These novel findings demonstrate that diabetes alters clock genes and behavioral responses of the circadian timing system to light and suggest that diabetic patients may show an increased propensity for circadian disturbances, in particular when they are exposed to chronobiological challenges

Nous avons précédemment rapporté que le diabète maternel altère la néphrogenèse chez la progéniture diabétique de notre modèle murin de diabète maternel. Notre analyse par puce à ADN réalisée sur les reins néonatals de ces descendants de grossesse diabétique a révélé que l'expression de la protéine interagissant avec hedgehog (Hhip) était significativement surexprimée par rapport au groupe contrôle. En tant qu'antagoniste de Sonic hedgehog (Shh) qui joue un rôle essentiel dans la différenciation cellulaire, la croissance et le modelage tissulaire pendant le développement des reins et la fibrose rénale, Hhip se lie à Shh et atténue sa bioactivité. Il a été rapporté que la protéine Hhip est principalement exprimée dans les cellules endothéliales vasculaires et les cellules adjacentes à celles exprimant Shh. Cependant, le rôle fonctionnel de l'expression de Hhip dans les reins en développement et matures est à peine connu. Nous avons tout d'abord établi le profil d'expression de Hhip dans les reins embryonnaires. Dans notre modèle murin de diabète maternel, nous avons observé que l'expression du gène Hhip est différemment surexprimée dans le mésenchyme métanéphrique différencié et l'épithélium du bourgeon urétérique de la progéniture. En utilisant des cellules mésenchymateuses métanéphriques en culture (cellules MK4), nous avons démontré que le D-glucose élevé (25 mM D-glucose) stimulait spécifiquement l'expression de Hhip de façon dépendante du temps, puis ciblait la signalisation TGFβ1. De plus, la surexpression de Hhip augmentait l'expression des gènes pro-apoptotiques [NF-kB (P50/p65) et p53] et inhibait l'expression des gènes prolifératifs (i.e. Shh, Pax2, N-myc et p27Kip1). Finalement, nous avons démontré que le diabète maternel qui altère le développement des reins pourrait jouer un rôle dans les interactions de la voie Hhip et TGFβ1-SMAD (Diabetologia 2014). Après la naissance, dans le rein normal non-diabétique, l'expression de Hhip est quiescente; une expression basale et limitée de Hhip (ARNm et protéine) est détectable dans les cellules endothéliales glomérulaires matures, les podocytes et les cellules épithéliales tubulaires rénales. Alors que les lésions des cellules épithéliales glomérulaires (GECs) et des podocytes sont la caractéristique de la lésion rénale précoce de la néphropathie diabétique (DN), nous avons examiné plus en détail le rôle de l'expression rénale de Hhip dans certains modèles de diabète murin—e.g. souris Akita, souris db/db et souris Hhip hétérozygote (Hhip +/−) rendus diabétiques avec de faibles doses de streptozotocine (LDSTZ). Nos données révèlent que l'hyperglycémie (ou un taux élevé de glucose in vitro) active l'expression du gène Hhip dans les cellules endothéliales glomérulaires et les podocytes. En particulier, l'hétérozygosité de Hhip protège l'intégrité glomérulaire avec moins de pertes de podocytes et améliore les paramètres rénaux [c.-à-d., une diminution du ratio albumine/créatinine urinaire (ACR, une caractéristique de l'apparition de la maladie rénale) et les caractéristiques de la DN (hypertrophie rénale, augmentation du taux de filtration glomérulaire, glomérulosclérose et fibrose)]. Prises dans leur ensemble, nos données suggèrent que l’augmentation de l'expression rénale de Hhip due aux concentrations élevées de glucose peut déclencher directement le processus d'apoptose et de fibrose des cellules endothéliales glomérulaires observé dans le diabète et qu’elle joue un rôle clé dans le développement et la progression de la DN (Sci. Report 2018). Mots-clés : Expression des gènes de Hhip, diabète maternel, néphrogenèse, néphropathie diabétique, dérivé réactif de l'oxygène / We previously reported that maternal diabetes impairs nephrogenesis in diabetic progeny in our maternal diabetes murine model. Our gene-array performed in neonatal kidneys of those affected offspring revealed that hedgehog interacting protein (Hhip) expression was significantly upregulated, as compared to the control group. As an antagonist of sonic hedgehog (Shh) which plays an essential role in cell differentiation, growth and tissue patterning during kidney development and kidney fibrosis, Hhip binds to Shh and attenuates its bioactivity. It is reported that Hhip is predominantly expressed in vascular endothelial cells and cells adjacent to those expressing Shh. However, the functional role of Hhip expression in the developing and mature kidney is barely known. We first established the expression pattern of Hhip in embryonic kidneys. We observed in our murine model of maternal diabetes that Hhip gene expression is differentially up-regulated in differentiated metanephric mesenchyme and ureteric bud epithelium of the offspring. Using cultured metanephric mesenchymal cells (MK4 cells), we demonstrated that high D-glucose (25 mM D-Glucose) specifically stimulated Hhip expression in a time-/dose-dependent manner, and then targeted TGFβ1 signaling. In addition, overexpression of Hhip increased the expression of pro-apoptotic genes [NF-kB (p50/p65) and p53] and inhibited the expression of proliferative genes (i.e., Shh, Pax2, N-myc, and p27kip1). Finally, we demonstrated that maternal diabetes impairing kidney development might mediate the interactions of Hhip and TGFβ1-Smad pathway (Diabetologia 2014). After birth, in normal non-diabetic state, Hhip expression is quiescent; a limited basal Hhip expression (mRNA and protein) is detectable in mature glomerular endothelial cells, podocytes and renal tubular epithelial cells. While glomerular epithelial cells (GECs) and podocyte injury is the hallmark of early renal injury in diabetic nephropathy (DN), we further examined the role of renal Hhip expression in murine diabetes models--e.g., Akita mice, db/db mice and heterozygous Hhip deficiency (Hhip+/−) mice rendered diabetic with low-dose streptozotocin (LDSTZ). Our data revealed that hyperglycemia (or high glucose in vitro) activates Hhip gene expression in glomerular endothelial cells and podocytes. In particular, Hhip heterozygosity protects glomerular integrity with less podocyte loss and improved renal outcomes [i.e., decreased urinary albumin/Creatinine (Cre) ratio (ACR, a hallmark of onset of kidney disease) and DN-features (renal hypertrophy, increased glomerular filtration rate, glomerulosclerosis and fibrosis)]. Taken together, our data suggest that high glucose-elevated renal Hhip expression may directly trigger the process of apoptosis and fibrosis in glomerular endothelial cells in diabetes and it plays a key role in the development and progression of DN (Sci. Report 2018). Keywords: Hhip gene expression, maternal diabetes, nephrogenesis, diabetic nephropathy, reactive oxygen species

La néphropathie diabétique (DN) est l’une des premières causes de maladie rénale en phase terminale (ESKD). L’ESKD est un important facteur de risque d'insuffisance cardiaque et d'accidents vasculaires cérébraux. La dysfonction du système rénine-angiotensine intrarénal (iRAS) est considérée comme étant l'une des principales causes du développement de la DN. Tous les composants du iRAS sont identifiés dans les cellules épithéliales des tubules rénaux proximaux (RPTCs), y compris l'angiotensinogène (Agt), le seul précurseur de toutes les angiotensines. Notre laboratoire a rapporté précédemment que la surexpression spécifique de l’Agt dans les RPTCs provoque l’hypertension, la protéinurie, la fibrose rénale, l’apoptose et des lésions rénales. Nrf2 (Nuclear factor erythroid 2-related factor 2) est un facteur de transcription qui est exprimé de façon abondante dans les RPTCs et a été considéré comme étant un régulateur central de l'équilibre redox dans les réponses cytoprotectrices cellulaires. Le rôle de l’activation du Nrf2 dans la DN, toutefois, est controversé. L’objectif général de cette thèse est de comprendre le rôle physiologique du Nrf2 dans la DN et d’étudier le(s) mécanisme(s) moléculaire(s) de l’action de Nrf2. Premièrement, nous avons démontré que la délétion génétique de Nrf2 ou l’inhibition pharmacologique de Nrf2 avec de la trigonelline chez les souris Akita diabétiques de type 1 régule à la hausse la voie Ace2/MasR et supprime l’expression de Agt/ACE dans les RPTCs, ce qui a pour effet d'atténuer l’hypertension systémique et les lésions rénales. Conformément, dans les cellules immoratalisées de tubule proximal de rat (IRPTC) en culture, la transfection de ARNsi ou le traitement à la trigonelline empêche la régulation positive de Agt/ACE induite par le HG, avec une baisse subséquente de l’expression des gènes Ace2/MasR. Ces données identifient un nouveau mécanisme dans lequel l’activation de Nrf2 stimule l’expression et l’activation des gènes du iRAS, menant au développement de l’hypertension et de la néphropathie dans le diabète. Deuxièmement, nous avons généré des souris Nrf2 transgéniques qui surexprime spécifiquement Nrf2 dans les RPTCs (souris Nrf2RPTC Tg), sous le contôle du promoteur KAP (kidney specific androgen-regulated protein). Nous avons ensuite croisé les souris Nrf2RPTC Tg avec les 6 souris Akita Nrf2-/- pour générer des souris Akita Nrf2-/- /Nrf2RPTC Tg. Nous avons trouvé que la surexpression de Nrf2 dans les RPTCs des souris Akita Nrf2-/- augmentait significativement l’expression du gène SGLT2, entraînant une élévation du glucose sanguin, du taux de filtration glomérulaire, du rapport albumine/créatinine urinaire et de la fibrose tubulo-interstitielle. Dans les cellules tubulaires proximales humaines immortalisées (HK2), le traitement à l’oltipraz ou la transfection de l’ADNc du NRF2 stimule l’expression de l’ARNm du SGLT2 et l’activité de son promoteur. De plus, des tests de retard sur gel et d’immunoprécipitation de chromatine ont montrés que NRF2 se lie au NRF2-RE du promoteur du SGLT2. En outre, une expression plus élevée de NRF2 et SGLT2 est observée dans les RPTCs de reins de patients diabétiques que dans les reins de patients non diabétiques. Ces données ont établi un nouveau mécanisme de la régulation du NRF2 sur l’expression et l’activation du gène SGLT2, menant à une exacerbation du glucose sanguin, de l’hyperfiltration et des lésions rénales dans le diabète. En somme, cette thèse a démontré que le stress oxidatif (hyperglycémie) induisait l’activation du Nrf2 qui stimulait le iRAS et l’expression de SGLT2, contribuant ainsi à la progression de la DN. Ces études suggèrent que le Nrf2 pourrait être une cible thérapeutique potentielle dans le traitement de la DN et pourront fournir de valabless données pré-cliniques pour les essais cliniques en cours avec le bardoxolone méthyle (un activateur de Nrf2). / Diabetic nephropathy (DN) is one of the leading causes of end-stage kidney disease (ESKD). ESKD is a major risk factor for heart failure and stroke. Dysfunction of intrarenal renin angiotensin system (iRAS) is considered as one of the main reasons that caused the DN. All components of the iRAS are identified in the renal proximal tubule cells (RPTCs), including angiotensinogen (Agt), the sole precursor of all angiotensins. Our lab has previously reported that specific overexpression of Agt in RPTCs induces hypertension, proteinuria, kidney fibrosis, apoptosis and kidney injury. Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) is a transcription factor that abundantly expresses in RPTCs and has been considered as a master regulator of redox balance in cellular cytoprotective responses. The role of Nrf2 activation in DN, however, is not clear. The overall aim of this study is to understand the physiological role of Nrf2 in DN and investigate the molecular mechanism(s) of Nrf2 action. First, we have demonstrated that genetic deletion of Nrf2 or pharmacological blockade of Nrf2 with trigonelline in type 1 diabetic Akita mice effectively upregulates Ace2/MasR and suppresses Agt/ACE expression in isolated RPTCs, resulting in attenuation of systemic hypertension and kidney injury. Consistently, in cultured IRPTCs, Nrf2 siRNA transfection or trigonelline treatment prevents high glucose-induced upregulation of Agt/ACE with downregulation of Ace2/MasR gene expression. These data identified a novel mechanism in which Nrf2 activation stimulates iRAS gene expression and activation, leading to the development of hypertension and nephropathy in diabetes. Second, we have generated Nrf2 transgenic mice under the kidney specific androgen regulated protein (KAP) promoter which specifically overexpress Nrf2 in RPTCs (Nrf2RPTC Tg mice). We further crossbred the Nrf2RPTC Tg mice with Akita Nrf2-/- mice to generate Akita Nrf2-/- /Nrf2RPTC Tg mice. We have found that overexpression of Nrf2 in RPTCs of Akita Nrf2-/- mice significantly unregulated sodium-glucose transporter-2 (SGLT2) expression, resulting in elevation of blood glucose, glomerular filtration rate, albumin-creatinine ratio and tubulointerstitial fibrosis. In 8 immortalized human proximal tubular cells (HK2), oltipraz treatment or NRF2 cDNA transfection stimulated SGLT2 mRNA expression and its promoter activity. Furthermore, NRF2 bound to NRF2- RE of SGLT2 promoter were identified by gel mobility shift assay and chromatin immunoprecipitation assay. Moreover, human diabetic kidneys exhibited higher expression of NRF2 and SGLT2 in RPTCs than non-diabetic kidneys. These data established a novel mechanism of NRF2’s regulation on SGLT2, leading to exacerbation of blood glucose, hyperfiltration and kidney injury in diabetes. In summary, this study documented that activation of Nrf2 in hyperglycemia contributed to the progression of DN via regulation of iRAS and SGLT2, suggesting that Nrf2 might be a potential therapeutic target in the treatment of DN.

Objectif : Étudier les mécanismes apoptotiques impliqués dans la néphropathie diabétique en identifiant les gènes responsables de l’apoptose et activés par les espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules de tubules proximaux rénaux (RPTC) de différents modèles diabétiques. Méthodes : Une hybridation par puce à AND a été réalisée sur les ARN extraits à partir de RPTC de souris heterozygotes db/m+, db/db and db/db catalase (CAT)-transgénique (Tg) de 20 semaines. Des expériences de PCR en temps réel et d’immunohistochimie réalisées sur ces modèles et sur le modèle ou le diabète avait été induit par traitement au streptozotocin (STZ) ont permis de valider les gènes apoptotiques identifiés par puce à ADN. Des RPTC immortalisées de rat ont été utilisées pour montrer l’activité de ces gènes apoptotique et la régulation de leur expression. De plus, une étude additionnelle réalisée sur des sections rénales provenant de patients diabétiques et non diabétiques a démontré également une surexpression de ces gènes apoptotiques dans les IRPTC. Résultats: L’expression de Bcl-2-modifying factor (Bmf), une protéine apoptotique, semble augmentée dans les RPTC de souris db/db comparé aux souris contrôles db/m+, ou aux souris db/db CAT-tg. La surexpression de Bmf a également été identifiée dans les RPTC du modèle diabétique STZ. La normalisation de l’hyperglycémie chez ces souris par traitement à l’insuline semble normaliser également l’expression de Bmf. In vitro, la surexpression du cDNA de Bmf dans les RPTC promouvoit l’apoptose et augmente l’activité de caspase 3. La stimulation de RPTC de Rat avec le glucose élevé (25mM de D-glucose) semble augmenter l’expression de Bmf et le traitement de ces cellules avec la roténone, les Diphénylène iodonium, la catalase et l’apocynine semble renverser cette stimulation. L’inhibition de Bmf avec un siRNA semble réduire l’apoptose induite par le glucose élevé. L’expression de Bmf a également été démontrée dans les RPTC de patients diabétiques. Conclusion: Ces résultats ont démontré une surexpression de Bmf dans les RPTC de différents modèles diabétiques et suggèrent son potentiel rôle dans la régulation de l’apoptose et de l’atrophie tubulaire chez les diabétiques. / Objective: To investigate the mechanisms underlying tubular apoptosis in diabetes by identifying pro-apoptotic genes that are differentially upregulated by reactive oxygen species in renal proximal tubular cells (RPTCs) in models of diabetes. Research Design and Methods: Total RNAs isolated from renal proximal tubules (RPTs) of 20 week-old heterozygous db/m+, db/db and db/db catalase (CAT)-transgenic (Tg) mice were used for DNA chip microarray analysis. Real time-quantitative polymerase chain reaction assays, immunohistochemistry and mice rendered diabetic with streptozotocin were used to validate the pro-apoptotic gene expression in RPTs. Cultured rat RPTCs were used to confirm the apoptotic activity and regulation of pro-apoptotic gene expression. Additionally, studies in kidney tissues from patients with and without diabetes were employed to confirm enhanced pro-apoptotic gene expression in RPTs. Results: Bcl-2-modifying factor (Bmf) was differentially upregulated (p<0.01) in RPTs of db/db mice as compared to db/m+ and db/db CAT-Tg mice and in RPTs of streptozotocin-induced diabetic mice in which insulin reversed this finding. In vitro, Bmf cDNA overexpression in rat RPTCs co-immunoprecipated with Bcl-2, enhanced caspase-3 activity and promoted apoptosis. High glucose (HG, 25 mM) induced Bmf mRNA expression in RPTCs, while rotenone, catalase, diphénylèneiodonium and apocynin decreased it. Knockdown of Bmf with small interference RNA reduced HG-induced apoptosis in RPTCs. Importantly, enhanced Bmf expression was detected in RPTs of kidneys from patients with diabetes. Conclusion: These data demonstrate differential up-regulation of Bmf in diabetic RPTs and suggest a potential role for Bmf in regulating RPTC apoptosis and tubular atrophy in diabetes.

Plusieurs expériences et études cliniques ont démontré que l’activation du système rénine-angiotensine (RAS) peut induire l’hypertension, un facteur de risque majeur pour les maladies cardiovasculaires et rénales. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique substrat du RAS. Cependant, il n’a pas encore été démontré si l’activation du RAS intrarénal peut à elle seule induire des dommages rénaux, indépendamment de l’hypertension systémique, et ainsi jouer un rôle prépondérant dans la progression de la néphropathie diabétique. Afin d’explorer le rôle du RAS intrarénal dans les dommages rénaux, un diabète a été induit par l’injection de streptozotocin chez des souris transgéniques (Tg) surexprimant l’Agt de rat dans les cellules des tubules proximaux du rein (RPTC). Les souris Tg diabétiques ont été traitées soit avec des inhibiteurs du RAS (perindopril et losartan), de l’insuline ou une combinaison des deux pour 4 semaines avant d’être euthanasiées. Pour une autre étude, des souris Tg non-diabétiques ont été traitées soit avec des inhibiteurs du RAS, l’hydralazine (vasodilatateur) ou l’apocynine (inhibiteur de la NADPH oxydase) pour une période de 8 semaines avant l’euthanasie. Des souris non-Tg ont été utilisées comme contrôles. Des cellules immortalisées de tubule proximal de rat (IRPTC) transfectées de manière stable avec un plasmide contenant l’Agt ou un plasmide contrôle ont été employées comme modèle in vitro. Nos résultats ont démontré que les souris Tg présentaient une augmentation significative de la pression systolique, l’albuminurie, l’apoptose des RPTC et l’expression de gènes pro-apoptotiques par rapport aux souris non-Tg. Les mêmes changements ont été observés chez les souris Tg diabétiques par rapport aux souris non-Tg diabétiques. L’insuline et/ou les inhibiteurs du RAS ont permis d’atténuer ces changements, sauf l’hypertension qui n’était réduite que par les inhibiteurs du RAS. Chez les IRPTC transfectées avec l’Agt in vitro, les hautes concentrations de glucose augmentent l’apoptose et l’activité de la caspase-3 par rapport aux cellules contrôles et l’insuline et/ou les inhibiteurs du RAS empêchent ces augmentations. En plus des changements physiologiques, les RPTC des souris Tg présentent aussi une augmentation significative de la production des espèces réactive de l’oxygène (ROS) et de l’activité de la NADPH oxydase, ainsi qu’une augmentation de l’expression du facteur de croissance transformant-beta 1 (TGF-β1), de l’inhibiteur activateur du plasminogène de type 1 (PAI-1), des protéines de la matrice extracellulaire, du collagène de type IV et de la sousunité p47 de la NADPH oxydase. Le traitement des souris Tg avec l’apocynine et le perindopril a permis d’améliorer tous ces changements, sauf l’hypertension qui n’était pas corrigée par l’apocynine. D’autre part, l’hydralazine a prévenu l’hypertension, sans modifier l’albuminurie, l’apoptose des RPTC ou l’expression des gènes pro-apoptotiques. Ces résultats montrent bien que l’activation du RAS intrarénal et l’hyperglycémie agissent de concert pour induire l’albuminurie et l’apoptose des RPTC, indépendamment de l’hypertension systémique. La génération des ROS via l’activation de la NADPH oxydase induit en partie l’action du RAS intrarénal sur l’apoptose des RPTC, la fibrose tubulo-interstitielle et l’albuminurie chez les souris Tg. D’autre part, une expérience en cours a tenté d’encore mieux délimiter les effets de l’activation du RAS intrarénal, tout en éliminant la néphrotoxicité du STZ. Pour cette étude, les souris Tg surexprimant l’Agt de rat dans leurs RPTC ont été croisées aux souris Ins2Akita, un modèle spontané de diabète de type I, afin de générer des souris Akita-rAgt-Tg. Les résultats préliminaires indiquent que le RAS intrarénal est activé dans les souris Akita et que la combinaison avec l’hyperglycémie induit du stress du réticulum endoplasmique (ER) dans les RPTC in vivo. Le stress du ER contribue à l’apoptose des RPTC observée dans le diabète, à tout le moins dans le modèle Akita. Le traitement avec des inhibiteurs du RAS permet d’atténuer certains des dommanges rénaux observés dans les souris Akita-rAgt-Tg. / Experimental and clinical studies have shown that renin-angiotensin system (RAS)activation may lead to hypertension, a major cardiovascular and renal risk factor. Angiotensinogen (Agt) is the sole substrate of the RAS. However, it is unclear whether intrarenal RAS activation alone could induce kidney injury independently of systemic hypertension and play an important role in the progression of diabetic nephropathy (DN). To explore the role of intrarenal RAS in kidney injury, transgenic (Tg) mice overexpressing rat Agt in their renal proximal tubular cells (RPTCs) were rendered diabetic by streptozotocin (STZ). Diabetic Tg mice were treated with RAS blockers (perindopril and losartan), insulin or a combination of both and then euthanized after 4 weeks of treatment. In a separate study, non-diabetic Tg mice were treated with RAS blockers or hydralazine (a vasodilator) or apocynin (an NADPH oxidase inhibitor) and then euthanized after 8 weeks of treatment. Non-Tg littermates served as controls in both studies. Immortalized rat proximal tubule cells (IRPTCs) stably transfected with Agt cDNA or control plasmid were used in the experiments as an in vitro model. Our results showed that non-diabetic Tg mice displayed a significant increase in systolic blood pressure (SBP), albuminuria, RPTC apoptosis, and proapoptotic gene expression. Diabetic Tg mice had a further increase of albuminuria, RPTC apoptosis, and proapoptotic gene expression, though the SBP of the diabetic Tg mice was similar to that of non-diabetic Tg mice. RAS blockers and/or insulin treatments markedly attenuated these changes, except that insulin had no impact on hypertension. In vitro, high-glucose melieu significantly increased apoptosis and caspase-3 activity in Agt stable transfectants compared to control cells, and these changes were attenuated by insulin and/or RAS blockers. Furthermore, non-diabetic Tg mice showed significantly elevated reactive oxygen species (ROS) production and NADPH oxidase activity, as well as enhanced expression of transforming growth factor-beta 1 (TGF-β1), plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1), extracellular matrix proteins, collagen type IV, and NADPH oxidase subunit p47 in their RPTC. Treatment with apocynin and perindopril ameliorated these changes, but apocynin had no effect on SBP. In contrast, hydralazine prevented hypertension but not albuminuria, RPTC apoptosis, or proapoptotic gene expression. These data indicate that intrarenal RAS activation and hyperglycemia act in concert to induce albuminuria and RPTC apoptosis independent of systemic hypertension. ROS generation via NADPH oxidase activation mediates, at least in part, intrarenal RAS action on RPTC apoptosis, tubulointerstitial fibrosis and albuminuria in Tg mice. On the other hand, in an on-going experiment, to avoid the nephro-toxic effects of STZ and further delineate the effects of intrarenal RAS activation, Tg mice overexpressing rat Agt in their RPTCs were crossbred with Ins2Akita mice, a spontaneous type I diabetes model, to generate Akita-rAgt-Tg mice. Preliminary data indicated that hyperglycaemia and intrarenal RAS activation induced endoplasmic reticulum (ER) stress in RPTC in vivo, and the ER stress pathway contributed to RPTC apoptosis in diabetes, at least in the Akita model. RAS blockade was effective in attenuating some parameters of renal injury in AkitarAgt-Tg mice.

La néphropathie diabétique est une maladie rénale caractérisée par un syndrome néphrotique et de la glomérulosclérose. Celle-ci est reliée à l’angiopathie de capillaires suite au diabète. Il s’agit d’une importante cause d’insuffisance rénale en Amérique. Or, les anomalies tubulaires comme l’apoptose ou le détachement de tubules des glomérules sont reconnues comme étant de bons marqueurs de progression de cette maladie. Ainsi, il a été proposé au cours des travaux reliés à cette thèse d’étudier les différents mécanismes moléculaires reliés à l’apoptose des tubules proximaux, en particulier dans un thème de relation avec les dommages reliés aux espèces réactives oxygénées (ROS). Une des hypothèses développée au cours de précédents travaux faisait état que l’une des sources initiales qui entrainent le développement de dommages tubulaires soit régulée à travers la production de ROS dérivés des NADPH oxydases. Ainsi, une des premières séries d’expériences entreprises au cours de cette thèse a été effectuée sur un modèle animal de diabète de type 2, la souris db/db. Suite à la caractérisation des différentes pathologies rénales et leur réduction par la surexpression de l’enzyme antioxydante catalase dans les tubules proximaux, des expériences de micro-puces d’expression génétiques furent effectuées. À l’aide de cet outil et par des analyses bioinformatiques, il a été possible d’établir un profilage de gènes reliés à différentes voies de signalisation modulées par le diabète et la catalase. Ainsi, il a été possible d’effectuer de plus amples études sur des gènes reliés à l’apoptose surexprimé dans les tubules proximaux de souris diabétiques. Un des gènes pro-apoptotique mieux caractérisé durant cette thèse fut le gène Bmf, un membre de la famille des régulateurs de Bcl-2 impliqués dans l’apoptose via le relâchement de cytochrome c de la mitochondrie. Ainsi, il a été déterminé que ce gène est surexprimé dans les tubules proximaux de souris diabétiques, et que celui-ci était augmenté dans différents modèles in vitro de diabète. Cela a permis de conclure que Bmf joue sans doute un rôle important la régulation de l’apoptose et de l’atrophie des tubules proximaux. Une autre étude effectuée dans le cadre de cette thèse était reliée avec l’utilisation d’un modèle transgénique afin de mieux définir le rôle que jouent les dommages reliés au stress oxydatif dans la progression des pathologies rénales reliées à l’induction du système rénine-angiotensine. Les résultats obtenus ont permis de déterminer que la surexpression de l’enzyme antioxydante catalase a permis de réduire les différentes pathologies rénales observées dans les souris transgéniques, ce qui permet de conclure que les espèces réactives oxygénées jouen un rôle important dans le développement de l’hypertension et des dommages rénaux. / Diabetic nephropathy is a disease characterized by a nephrotic syndrome and glomerulosclerosis. It is related to capillaries angiopathy caused by diabetes. It is one of the main sources of end stage renal disease in America. Tubular anomalies such as apoptosis or tubular detachment from glomeruli are known to be efficient markers for the progression of this disease. Thus, it has been proposed during the work related to this thesis to study the different molecular mechanisms linked with proximal tubules apoptosis, particularly those related with reactive oxygen species (ROS). A previously stated hypothesis made by our laboratory stated that one of the initial sources of the development of tubular damages may be regulated by the production of ROS by NADPH oxidases. Thus, one of the first series of experiments carried during this thesis was done on an animal model of type 2 diabetes, the db/db mouse. Following the characterization of different renal pathologies and their reduction in the proximal tubules by the antioxidant enzyme catalase, experiment with genetics expression microarrays were carried. Using this tool and bioinformatics analysis, it was possible to profile different genes linked to pathways involved by diabetes and the catalase enzyme. Thus, it was possible to carry further studies on these genes linked to apoptosis and overexpressed in the proximal tubules of diabetic mice. One of the pro apoptotic genes characterized in this thesis was the Bmf gene, a member of the family of Bcl-2 regulator, involved in apoptosis related to the release of cytochrome c from the mitochondria. Thus, it was determined that this gene is overexpressed in the proximal tubules of diabetic mice, and that it was also upregulated by in vitro models of diabetes. This enabled our team to conclude that Bmf must play an important role in the regulation of apoptosis and atrophy of the proximal tubules. Another study carried during this thesis was linked with the use of a transgenic animal model to better define the role played by damages related to oxidative stress in the progression of renal pathologies related to renin-angiotensin system activation. The results obtained by this study stated that overexpression of the antioxidant enzyme catalase managed to reduce the different kidney pathologies observed in the transgenic model, which let us conclude that reactive oxygen species have an important role to play in the development of hypertension and kidney damages.