Cette étude vise à définir l'effet des lipoprotéines de basses densité natives (LDL) et oxydées (ox-LDL) sur les fonctions des cellules endothéliales en relation avec les processus physiopathologiques de l'athérosclérose. Le microscope à force atomique (AFM) fut utilisé en combinaison avec les méthodes biochimiques traditionnelles afin d'acquérir de l'information sur les propriétés biomécaniques des cellules endothéliales. L'AFM est un outil permettant l'acquisition d'images et de mesures de forces quantitatives concernant les propriétés viscoélastiques des cellules vivantes selon leur exposition aux LDL ou ox-LDL. L'AFM rassemble localement des informations sur la membrane cellulaire et le cytosquelette des cellules et ce, de manière non invasive. Il est ensuite possible de corréler les résultats obtenus avec les marquages immunohistochimiques afin d'évaluer la réponse cellulaire suite à une exposition à des LDL ou ox-LDL. Ces données recueillies, les protocoles étant au point, il ne restera plus qu'à effectuer les tests avec les antioxydants afin de déterminer les agents et les dosages appropriés permettant une protection salutaire de l'endothélium. Ce travail amène donc de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires fondamentaux de la dysfonction endothéliale en vue éventuellement de développer de nouvelles thérapies cytoprotectrices efficaces. Une méthode d'imagerie des LDL a également été mise au point en utilisant l'AFM. Il est maintenant possible d'obtenir des images de bonne qualité permettant aussi de mesurer les dimensions de LDL individuelles. Cette technique pourrait entre autre servir à évaluer des pathologies touchant les LDL comme le diabète.

L'endothéline-1 (ET-1), un peptide de 21 acides aminés, est un puissant vasoconstricteur principalement sécrété par les cellules endothéliales (CEs). Dans les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLVs), plusieurs études ont rapporté que les effets de l'ET-1 sont relayés via l'activation du récepteur ET[indice inférieur A]. Par contre, il a récemment été démontré que, tout comme le récepteur ET[indice inférieur A], le récepteur ET[indice inférieur B] est aussi présent dans les CMLVs humaines et qu'il contribue à l'effet de l'ET-1 dans ce type cellulaire. Dans les cellules endothéliales vasculaires (CEVs), il a été rapporté que le récepteur ET[indice inférieur B] est le seul récepteur et que les actions de l'ET-1, dont l'excitation-sécrétion, sont relayées via l'activation du récepteur ET[indice inférieur B]. Cependant, toutes ces études ont été faites sur des CEVs d'origine animale et sur des CEs de la veine ombilicale humaine qui ne constituent pas un modèle représentatif des CEVs humaines adultes. Dans cette étude, nous avons voulu vérifier l'hypothèse que, non seulement le récepteur de l'ET-1 de type ET[indice inférieur B] est présent dans les CEVAhs, mais aussi le récepteur ET[indice inférieur A] et que l'activation de ces récepteurs par l'ET-1 module le niveau basal de [Ca[indice supérieur 2+]][indice inférieur c] et [Ca[indice supérieur 2+]][indice inférieur n]. En utilisant l'immunofluorescence indirecte combinée à la microscopie confocale et des études par immunobuvardage western, nous avons démontré la présence de l'ET-1 et du récepteur ET[indice inférieur B], mais aussi, pour la première fois, la présence du récepteur ET[indice inférieur A] dans les CEVAhs. De plus, la distribution de l'ET-1 et de ses récepteurs s'est avérée hétérogène dans les cellules avec une densité de fluorescence beaucoup plus élevée au niveau nucléaire. De plus, la densité du récepteur ET[indice inférieur A] au niveau cytosolique représente environ 25% de sa densité dans la cellule totale alors que celle d'ET[indice inférieur B] n'est que d'environ 5%. Dans la deuxième partie de notre étude, la mesure du calcium intracellulaire total par l'utilisation de la sonde ratiométrique, le Fura-2, combinée à l'imagerie en 2D, nous a permis de démontrer que l'ET-1 induit une augmentation concentration-dépendante du niveau basal de [Ca[indice supérieur 2+]][indice inférieur i] total avec un EC[indice inférieur 50] de près de 10[indice supérieur -10] M. Nous avons aussi démontré, avec la sonde calcique Fluo-3 combinée à la microscopie confocale en 3D, que l'ET-1 induit une augmentation calcique intracellulaire aux niveaux cytosolique et nucléaire avec des valeurs de EC[indice inférieur 50] entre 10[indice supérieur -12] M et 10[indice supérieur -11] M. Ceci suggère que l'augmentation du [Ca[indice supérieur 2+]][indice inférieur n] est en grande partie responsable de l'augmentation du [Ca[indice supérieur 2+]][indice inférieur c]. Finalement, pour démontrer l'implication des récepteurs dans la modulation calcique, nous avons utilisé des antagonistes non peptidiques spécifiques à chacun des récepteurs soit A-192621 et ABT-627 pour les récepteurs ET[indice inférieur B] et ET[indice inférieur A] respectivement. Ces résultats suggèrent que, dans les CEVAhs, l'augmentation du niveau basal de [Ca[indice supérieur 2+]][indice inférieur i] total induite par l'ET-1 est relayée via le récepteur ET[indice inférieur A] alors que le récepteur ET[indice inférieur B] pourrait agir comme un frein sur le récepteur ET[indice inférieur A], en d'autres termes, comme un antagoniste physiologique. En conclusion, nos résultats ont démontré que le récepteur ET[indice inférieur A] est bien présent au niveau des cellules endothéliales aortiques humaines et que ce récepteur peut jouer un rôle important dans l'excitation-sécrétion dépendant du calcium intracellulaire.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'insuffisance rénale chronique (IRC) est associée à une importante morbidité et mortalité cardio-vasculaire, à laquelle participent l'inflammation chronique, le stress oxydant et la dysfonction endothéliale. Les toxines urémiques sont des solutés s'accumulant dans le sérum et les tissus des patients IRC. Parmi elles, les toxines urémiques liées aux protéines sont mal épurées par la dialyse, et ont une toxicité endothéliale démontrée in vitro. Nous avons démontré que l'indoxyl sulfate (IS), une toxine liée aux protéines, induit la production de radicaux oxygénés (ROS) par les cellules endothéliales en culture (HUVEC), par le biais de l'activation de la NADP(H) oxydase, et par une déplétion en glutathion intracellulaire. Ce stress oxydant était induit par des concentrations d'IS rencontrées dans le sérum des patients IRC. Les patients IRC ont un niveau élevé de microparticules endothéliales (MPE), marqueur d'activation et de lésion endothéliale, et un nombre diminué de progéniteurs endothéliaux circulants (PEC), qui représentent les capacités de réparation de l'endothélium lésé. Nous avons souhaité étudier si les toxines urémiques jouaient un rôle dans ce déséquilibre. Chez des patients hémodialysés (HD), nous avons démontré que le nombre de PEC CD34+/CD133+ était inversement corrélé aux taux de 3 toxines urémiques, l'indole-3-acétique acide (IAA, une toxine proche de l'IS) et la ß2 microglobuline. In vitro, l'IAA induit l'apoptose des progéniteurs CD133+, et cet effet est imbibé par l'ajout d'érythropoïétine (EPO) au milieu de culture. Le sérum urémique induit l'apoptose des PEC. Bien que le nombre des PEC soit diminué chez les patients HD par rapport aux contrôles, leur nombre est positivement corrélé à 2 marqueurs de lésion vasculaire : le nombre de MPE, et la rigidité artérielle évaluée par la vitesse de l'onde de pouls aortique. Cela suggère que les PEC restent mobilisables chez les patients HD, en réponse aux lésions vasculaires, peut-être en partie grâce à leur traitement par EPO. En conclusion, les toxines urémiques participent à la dysfonction endothéliale des patients IRC, en augmentant le stress oxydant endothélial et la libération de MPE, et réduisent les capacités de réparation endothéliale en diminuant la survie des PEC. / Chronic kidney disease (CKD) is associated with dramatically increased cardio-vascular morbidity and mortality. Not only do traditional risk factors explain this accelerated atherosclerosis, but also chronic inflammation, oxidative stress and endothelial dysfunction. Uremic toxins are solutes accumulating in serum and tissues of CKD patients. Among them, protein-bound uremic toxins are poorly removed by haemodialysis (HD), and have shown deleterious effects on cultured endothelial cells (HUVEC). We showed that indoxyl suphate (IS), a protein-bound toxin, induces reactive oxygen species production in HUVEC, through activation of NAD(P)H oxidase, and intracellular glutathione depletion. This induction of oxidative stress was observed for concentrations of IS found in CKD patients. CKD patients exhibit high levels of endothelial microparticles (EMP), a marker of endothelial lesion, and low levels of endothelial progenitor cells (EPC), originating from bone marrow and implied in endothelial repair. We asked whetehr uremic toxins could play a role in this imbalance. In HD patients, we showed that the number of CD34+/CD133+ EPC was inversely correlated with the serum levels of two uremic toxins, indole-3-acetic acid (IAA, a protein-bound uremic toxin close to IS) and ß2microglobulin. In vitro, IAA induced apoptosis of CD133+ cells, unless erythropoietin was added to the medium. Uremic serum induced EPC apoptosis. Although endothelial progenitor cell number was reduced in CKD patients compared to healthy controls, it was positively correlated with two markers of vascular lesion : the number of EMP in serum, and the pulse wave velocity reflecting arterial stifness. This suggests that EPC can be mobilized in the circulation upon vessel injury, in spite of uremic toxicity, and maybe thanks to erythropoietin treatment in HD patients. In conclusion, uremic toxins induce endothelial dysfunction, assessed by increased endothelial oxidative stress and shedding of EMP, and reduce regeneration capacities of endothelium. They are probably key actors in cardio-vascular risk of CKD patients.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’hypertension artérielle (HTA) constitue l’une des maladies les plus répandues dans notre société. L’une de ses causes consiste en une rigidité de la paroi artérielle. Cette dernière est régulée par une balance entre agents vasoconstricteurs et vasodilatateurs. L’oxyde nitrique (NO) est un vasodilatateur produit par les cellules endothéliales (CE) en réponse aux stimulations biochimiques (acétylcholine, insuline,…) ou mécanique (cisaillement). Son rôle principal consiste en la relaxation des cellules musculaires lisses (CML) afin d’adapter le vaisseau sanguin aux contraintes qui lui sont imposées. Il s’avère, selon la littérature, que NO est impliqué dans le mode d’action de certains médicaments dirigés contre l’HTA. Celui qui nous intéresse dans cette étude est le Nébivolol. Dans la littérature, il a été rapporté que la production de NO et la structure du cytosquelette d’actine sont intimement liées et que le Nébivolol entraîne la production de NO par les CE. Le but de ce travail a été d’étudier l’implication des filaments d’actine du cytosquelette dans le mode d’action du Nébivolol sur les CE, puis d’évaluer son impact sur l’activité de la eNOS. Nous avons trouvé que le Nébivolol entraîne une augmentation de la production de NO via la dépolymérisation des filaments d’actine pendant la première heure de culture. Cette dépolymérisation résulte en la libération, la translocation péri-nucléaire et la phosphorylation de la eNOS par les Akt. Au-delà d’une heure d’incubation avec le Nébivolol, les monomères d’actine se repolymérisent, entraînant la déphosphorylation de la eNOS et la diminution de la production de NO. Toutefois, il semblerait que la formation des fibres de stress ne soit pas le seul mécanisme d’inhibition de la eNOS. En effet, nous avons montré que la translocation de l’enzyme dans la région péri-membranaire contribue à son inhibition à la suite de la perturbation de l’organisation des filaments d’actine. / Hypertension is one of the most widespread diseases which is caused by a rigidity of the vascular wall. The arteries rigidity is controlled by several vasoconstrictor and vasodilator agents. Nitric oxide (NO) is a vasodilator agent, produced by the endothelial cell (EC) in response to biochemical (acetylcholine, insulin,…) or mechanical (shearing) stimulations. Its main function is to induce smouth muscle cells (SMC) relaxation to adapt the blood vessel to the imposed forces. It has been shown in the literature, that NO is implicated in the target action of some drugs, as Nébivolol, which is directed against hypertension. We know according to the literature that NO production and the structure of the actin cytoskleton are linked and that Nébivolol induces NO production. The aim of this work was to study the implication of cytoskeleton actin filaments in the Nébivolol action in EC and to evaluate the eNOS involvement in the mechanism. We found that Nébivolol increased NO production via a depolymerization of actin filaments during the first hour of incubation. This depolymerization resulted in the peri-nuclear translocation and the phosphorylation of the eNOS by Akt. After the first hour of incubation with Nébivolol, actin monomers were repolymerized leading to the dephosphorylation of the eNOS and the reduction in the NO production. However, it seems that the stress fibers formation is not the only mechanism required for eNOS inhibition. In fact, we have shown that eNOS translocation in the peri-membranar area, inhibited the enzyme activity after actin filaments disruption.

Les microparticules (MP) sont des vésicules de la membrane plasmique émises après stress cellulaire. Nous avons étudié le rôle des MPs leucocytaires extraites de la rate de rats comme marqueur du vieillissement et effecteurs de la senescence et de la dysfonction endothéliales induites par les fortes concentrations de glucose (HG). L’émission basale de MP augmente avec l’âge qui favorise leur génération en réponse au LPS ou au PMA/ionophore A23187 (MPLPS, MPPMA/I). Les MP de rats âgés mais pas de jeunes induisent la sénescence de cellules endothéliales primaires d’artères coronaires (AC) de porc. MPLPS ou MPPMA/I de rats jeunes, mais pas MPCTL (cellules non traitées) réduisent la relaxation dépendante de l’endothélium d’anneaux d’AC en réponse à la bradykinine avec sous-expression de eNOS, surexpression de COX2, ICAM-1, VCAM-1. HG favorise l’émission des MP de rate. Dans les AC en HG, la vasoconstriction en réponse au U46619l est diminuée de manière dépendante du SGLT1/2 et de l’EDHF. / Microparticles (MP) are plasma membrane vesicles shed from stimulated cells. We investigated whether leukocyte MP extracted from rat spleen are reliable markers of aging and effectors of high glucose (HG)-induced endothelial senescence and dysfunction. Data indicate that ageing enhances MP shedding from spleen cells of middle-age and aged rats and raises MP release in response to LPS, or to PMA and ionophore A23187. Of note, MP from aged but not young rats induced senescence of porcine coronary artery primary endothelial cells. In young rats, MPLPS, MPPMA/I but not from resting cells (MPCTL) reduced the endothelial-dependent relaxation of coronary artery rings (CAR) in response to bradykinin with down-regulation of eNOS, up-regulation of COX-2, ICAM-1, VCAM-1. HG enhanced early and late MP release from spleen cells. Prolonged exposure to HG potentiated endothelial dysfunction in CAR and altered vasoconstriction in response to U46619l in a SGLT1/2 and EDHF dependent manner.

Le BDNF (brain-derived neurotrophic factor) a été découvert dans le cerveau et est largement impliqué dans la neuroplasticité, la mémoire et la cognition via l’activation des récepteurs TrkB (tropomyosin receptor kinase B) neuronaux. Nous avons récemment montré que le système cardiovasculaire contenait autant de BDNF que le cerveau et que le BDNF exogène était capable d’induire une relaxation vasculaire dépendante de l’endothélium. D’autres études ont suggéré que l’activation des récepteurs TrkB endothéliaux par le BDNF était impliquée dans les processus athérosclérotiques. Notre laboratoire soupçonne une interaction étroite entre NO et BDNF endothélial et a même envisagé la possibilité d’une implication du BDNF secrété par l’endothélium des microvaisseaux cérébraux dans la cognition. Les patients souffrant de polyarthrite rhumatoïde (PR), une maladie inflammatoire d’origine auto-immune, sont à risque cardiovasculaire et présentent une altération de la cognition avec notamment un risque plus élevé de dépression. Etonnamment, l’effet de la PR sur le BDNF est peu documenté. Les seules études disponibles rapportent une élévation du BDNF dans le sang et le liquide synovial en cas de PR. Notre hypothèse est qu’une réduction de l’expression endothéliale du BDNF pourrait contribuer au risque cardiovasculaire et au déficit cognitif associés à la PR. Ainsi, dans notre travail, nous avons étudié le BDNF vasculaire et cérébral et son récepteur TrkB sur le modèle rat d’arthrite induite à l’adjuvant.Nos principaux résultats montrent que l’arthrite conduit à 1) une réduction des taux aortiques de BDNF indépendamment de la sévérité des symptômes inflammatoires mais dépendante de la fonction endothéliale, 2) une diminution des taux cérébraux en BDNF indépendamment de la sévérité des symptômes inflammatoires mais en lien avec la fonction endothéliale, 3) une diminution de l’expression du BDNF et de son récepteur TrkB activé au niveau tant neuronal qu’endothélial dans les régions cérébrales impliquées dans la cognition, 4) une corrélation positive entre l’expression du BDNF par l’endothélium vasculaire et l’expression neuronale des TrkB activés, 5) une absence de corrélation entre les taux sériques de BDNF et ses taux cérébraux ou vasculaires mais en revanche l’existence d’une corrélation positive entre les taux sériques de BDNF et l’inflammation qu’elle soit clinique ou biologique.L’ensemble de ces données est en faveur de l’hypothèse selon laquelle le BDNF endothélial pourrait être impliqué dans le risque athérosclérotique et le déficit cognitif associé à l’arthrite. L’inflammation doit être considérée comme un facteur confondant lorsque les taux circulants de BDNF sont utilisés comme un reflet des taux présents dans le cerveau. / BDNF (brain-derived neurotrophic factor) has been discovered in the brain and is widely implicated in neuroplasticity, memory and cognition through the activation of neuronal TrkB (tropomyosin receptor kinase B) receptors. We have recently shown that the cardiovascular system contained as much BDNF as the brain and that exogenous BDNF was able to induce endothelium-dependent vascular relaxation. Other studies have suggested that activation of endothelial TrkB receptors by BDNF is involved in atherosclerotic processes. Our laboratory suspects a close interaction between endothelial NO and BDNF and has even considered the possibility of involvement of BDNF secreted by cerebral microvessel endothelium in cognition. Patients suffering from rheumatoid arthritis (RA), an inflammatory disease of autoimmune origin, are at risk of cardiovascular disease and have an impairment of cognition, including a higher risk of depression. Surprisingly, the effect of RA on BDNF is poorly documented. The only available studies report an increase of BDNF in the blood and synovial fluid in RA. Our hypothesis is that a reduction in endothelial expression of BDNF may contribute to the cardiovascular risk and cognitive deficit associated with RA. Thus, in our work, we studied vascular and cerebral BDNF and its TrkB receptor on the rat model of adjuvant-induced arthritis.Our main findings show that arthritis leads to 1) a decrease in BDNF levels in aortas independently of the severity of inflammatory symptoms but dependent on endothelial function, 2) a decrease in brain BDNF levels independent of the severity of inflammatory symptoms, but link with endothelial function, 3) a decreased expression of BDNF and its activated TrkB receptor at both neuronal and endothelial levels in the brain regions involved in cognition, 4) a positive correlation between endothelial expression of BDNF and neuronal expression of activated TrkB, 5) a lack of correlation between serum BDNF levels and its cerebral or vascular levels, but on the other hand the existence of a positive correlation between serum BDNF levels and inflammation, whether clinical or biological.All of these data support the hypothesis that endothelial BDNF may be involved in atherosclerotic risk and cognitive impairment associated with arthritis. Inflammation should be considered as a confounding factor when circulating levels of BDNF are used as a reflection of levels present in the brain.