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

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

La dystrophie musculaire de Duchenne est une maladie héréditaire causée par la mutation du gène DYS qui code pour la dystrophine, une protéine exprimée au niveau des fibres musculaires et qui y joue un rôle important dans le maintient de la stabilité et de l'intégrité des membranes. Elle est caractérisée par la dégénérescence progressive des fibres musculaires ce qui aboutit à l'atrophie de la plupart des muscles. Il n'existe pas pour le moment un remède pour la maladie, mais plusieurs types de thérapies sont étudiés pour mettre au point un traitement. Dans notre laboratoire, on s'intéresse à développer une thérapie cellulaire basée sur la transplantation de myoblastes normaux dans le muscle dytrophique, afin de permettre la restauration de l'expression de la dystrophine au niveau des fibres réparées par la fusion des myoblastes transplantés. Cependant, le succès de cette approche évalué par le nombre de fibres formées après la transplantation qui expriment la dystrophine, est limité. Ce succès limité est dû entre autre à la durée limitée de la période de régénération qui suit le dommage fait au muscle dystrophique. Afin de remédier à ce problème, notre hypothèse de travail est d'augmenter la régénération après le dommage induit par la transplantation de myoblastes, en augmentant la capacité proliférative et la capacité de fusion de ces derniers. Pour cela, l'inhibition du signal induit par une protéine présente normalement dans le muscle, la myostatine, pourrait être bénéfique. Ainsi, les travaux dont fait l'objet la présente thèse démontrent que le blocage du signal de la myostatine dans le muscle de la souris dystrophique, en utilisant des approches différentes, permet en effet d'améliorer le succès de la greffe de myoblastes normaux, mais aussi d'entraîner une hypertrophie musculaire et une augmentation de la force musculaire. / Duchenne muscular dystrophy is a hereditary disease caused by the mutation of DYS gene, which codes for dystrophin, a protein expressed in the myofibers where it plays an important role in the stability and the integrity of membranes. The disease is characterized by the progressive degeneration of the muscle fibers, which induces the atrophy of most of the muscles. To date, there is no cure for this pathology, but several types of therapies are studied to develop a treatment. In our laboratory, we are interested to develop a cell therapy based on the transplantation of normal myoblasts in the dystrophic muscle, to allow the restoration of the expression of dystrophin in fibers repaired by the fusion of the transplanted myoblasts. However, the success of this approach evaluated by the number of fibers formed after the transplantation, which express dystrophin, is limited due in part to the short period of regeneration following the muscle damage. To bypass this problem, our research work presented in the present thesis aimed to increase the regeneration after the damage caused by the myoblast transplantation procedure, by improving the proliferative and fusion capacities of the transplanted myoblasts. This was achieved by inhibiting a protein normally present in the muscle, i.e., myostatin. Thus, the results of this thesis show that the blockade of the myostatin signal in dystrophic mice, using different approaches, not only improved the success of normal myoblast graft, but also induced fiber hypertrophy and increased muscle strength.

L’incidence des maladies cardiovasculaires diffère entre les hommes et les femmes. Les symptômes, l’évolution de la maladie, la réponse aux traitements et même la prise en charge sont différents selon le sexe. L’hypertrophie cardiaque (HC) est la réponse du cœur à une surcharge hémodynamique maintenue et significative. L’HC peut être de type concentrique (épaississement des parois) ou de type excentrique (dilatation de la chambre). Les mécanismes impliqués dans le dimorphisme sexuel de l’HC sont toujours mal compris. Notre équipe s’intéresse à un modèle de régurgitation de la valve aortique (RA) chez le rat. Nous avons déjà montré que les femelles RA ont un remodelage plus concentrique, une meilleure densité capillaire et un profil génique de la fonction mitochondriale et du métabolisme énergétique plus près de la normale que les mâles. Nous nous sommes d’abord intéressés à l’implication des hormones sexuelles dans ce dimorphisme sexuel. Les analyses échocardiographiques et tissulaires montrent que la déficience en androgènes chez les mâles RA réduit la réponse hypertrophique, améliore la fonction cardiaque et tend à améliorer la survie. La perte des estrogènes n’est pas associée à d’importants changements chez les femelles RA. Nous avons ensuite étudié l’effet du valsartan, un traitement ciblant le système rénine angiotensine (RAAS), une voie hormonale fortement activée en HC. La réduction de l’activité du RAAS empêche le remodelage concentrique hypertrophique féminin dans les premières semaines de RA, alors qu’elle a peu d’effet chez les mâles RA. Finalement, nous nous sommes intéressés à l’évolution morphologique et fonctionnelle du cœur chez les rats RA. L’analyse échocardiographique montre que le ventricule gauche des femelles RA perd rapidement de la fonction contractile, de la capacité de déformation en circonférentiel et modifie sa forme elliptique normale, comparativement aux mâles. Les résultats présentés dans ce mémoire améliorent notre compréhension des différences sexuelles en HC. / The incidence of cardiovascular disease differs between men and women. Symptoms, disease’s evolution, response to treatment and even care are different depending on the sex. Cardiac hypertrophy (HC) is the heart's response to sustained and significant hemodynamic overload. HC can be concentric (thickening of the walls) or eccentric (dilation of the chamber). Mechanisms involved in the sexual dimorphism of HC are still poorly understood. Our team is interested in a model of severe aortic valve regurgitation (RA) in rats. We have already shown that women’s heart has a more concentric remodeling, a better capillary density and a gene profile of mitochondrial function and energy metabolism closer to normal, compared to males. We were first interested in the involvement of sex hormones in this sexual dimorphism. Echocardiographic data and tissue analyze show that androgen deficiency in RA males reduces hypertrophic response, improves cardiac function and tends to improve survival. Estrogen loss is not associated with significant hypertrophic changes in RA females. We then studied the effect of valsartan, a treatment targeting the renin angiotensin system (RAAS), a highly activated hormonal pathway in HC. Inhibition of RAAS activity prevents concentric hypertrophy in female’s heart in the early weeks of RA, whereas it has little effect in RA males. Finally, we were interested in the morphological and functional evolution of the heart in RA rats. Echocardiographic analysis shows that RA females’ left ventricle rapidly loses contractile function, circumferential deformation capacity, and changes its normal elliptical shape, compared to males. The results presented here improve our understanding of sexual differences in HC.

L'Insuffisance aortique (IA) est une maladie valvulaire de surcharge de volume, caractérisée par un retour du sang de l'aorte vers le ventricule gauche (VG) pendant la diastole. Le VG pour s'adapter, il va se dilater (hypertrophie excentrique) pour créer de l'espace. Cette dilatation sera accompagnée à long terme d'une baisse des fonctions systolique et diastolique du coeur, ce qui va mener à l'insuffisance cardiaque. Aucun traitement pharmacologique n'est présentement reconnu efficace pour traiter cette maladie. La seule option thérapeutique est la chirurgie de remplacement valvulaire. Il a été démontré dans plusieurs études que le système adrénergique serait suractivé dans, la surcharge de volume chronique. Notre objectif était de tester l'efficacité du Carvédilol (antagoniste β-adrénergique non sélectif/antagoniste α1-adrénergique sélectif) pour traiter cette pathologie et/ou retarder le recours à la chirurgie de remplacement valvulaire. Nous avons démontré que le Carvédilol a diminué l'hypertrophie ventriculaire gauche et a amélioré la fonction cardiaque chez les rats insuffisants aortiques.

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

Die Rolle von GATA4 für die Entwicklung einer Hypertrophie und seine Regulation in Abhängigkeit von der Last sind im menschlichen Herzen im Gegensatz zu den zahlreichen tierexperimentellen Ansätzen bislang nicht gezielt untersucht worden. Die vorliegende Arbeit sollte zeigen, wie biomechanische Last im menschlichen Herzen die Expression von GATA4 und seine Phosphorylierung an einer aktivierenden Phosphorylierungsstelle (Serin-105) reguliert. Hierfür wurde der Einfluss eines chronischen Lastzustandes, hervorgerufen durch eine Aortenstenose, ebenso wie der eines akuten Lastzustandes durch Steigerung der Vor- und Nachlast von Muskelstreifen im Organbad auf die Expression von GATA4 untersucht. Die Muskelstreifen stammten dabei sowohl aus gesundem Myokard (Vorhofmyokard bei normaler Pumpfunktion) als auch aus vorgeschädigtem Myokard (insuffizientes Ventrikelmyokard). Im ersten Teil wurde dargestellt, dass eine chronische Nachlasterhöhung zu einer signifikanten Zunahme der mRNA- und Proteinexpression sowie der Phosphorylierung von GATA4 führte. Während die mRNA- und Proteinexpression in vivo lastabhängig reguliert zu sein scheinen, zeigte die GATA4-Phosphorylierung eine signifikante Korrelation mit der kardialen Pumpfunktion. Die messbare Aktivitätssteigerung durch Phosphorylierung unterstützt dabei die Idee von GATA4 als Mediator ventrikulärer Hypertrophie zum Erhalt der kardialen Pumpfunktion. Unter der Auswirkung akuter Last stellte sich hingegen ein heterogenes Bild dar. Eine Steigerung der Gesamtexpression war nicht nachzuweisen, aber ein signifikanter Dehnungseffekt im suffizienten atrialen Myokard, welcher offensichtlich durch eine Abschwächung einer zeitabhängigen Proteindegradation zu Stande kommt. Die Abnahme der GATA4-Expression über die Zeit war unter Einwirkung akuter Last deutlich vermindert aber noch vorhanden. Das Ubiquitin-Proteasom-System ist daran eindeutig beteiligt, da durch den Ubiquitin-Isopeptidase-Inhibitor Δ12-PGJ2 der Abbau von GATA4 vermindert werden konnte.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La voie de signalisation des phosphoinositides joue un rôle clé dans la régulation du tonus vasculaire. Plusieurs études rapportent une production endogène de l’angiotensin II (Ang II) et de l’endothéline-1 (ET-1) par les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) de rats spontanément hypertendus (spontaneously hypertensive rats : SHR). De plus, l’Ang II exogène induit son effet prohypertrophique sur les CMLVs selon un mécanisme dépendant de la protéine Gqα et de la PKCẟ. Cependant, le rôle de l’axe Gqα/PLCβ/PKCẟ dans l’hypertrophie des CMLVs provenant d’un modèle animal de l’hypertension artérielle n’est pas encore étudié. L’objectif principal de cette thèse est d’examiner le rôle de l’axe Gqα/PLCβ1 dans les mécanismes moléculaires de l’hypertrophie des CMLVs provenant d’un modèle animal d’hypertension artérielle essentielle (spontaneously hypertensive rats : SHR). Nos premiers résultats indiquent que contrairement aux CMLVs de SHR âgés de 12 semaines (absence d’hypertrophie cardiaque), les CMLVs de SHR âgés de 16 semaines (présence d’hypertrophie cardiaque) présentent une surexpression protéique endogène de Gqα et de PLCβ1 par rapport aux CMLVs de rats WKY appariés pour l’âge. L’inhibition du taux d’expression protéique de Gqα et de PLCβ1 par des siRNAs spécifiques diminue significativement le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. De plus, la surexpression endogène des Gqα et PLCβ1, l’hyperphosphorylation de la molécule ERK1/2 et le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR de 16 semaines ont été atténués significativement par des antagonistes des récepteurs AT1 (losartan) et ETA (BQ123), mais pas par l’antagoniste du récepteur ETB (BQ788). L’inhibition pharmacologique des MAPKs par PD98059 diminue significativement la surexpression endogène de Gqα/PLCβ1 et le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. D’un côté, l’inhibition du stress oxydatif (par DPI, inhibiteur de la NAD(P)H oxidase, et NAC , molécule anti-oxydante), de la molécule c-Src (PP2) et des récepteurs de facteurs de croissance (AG1024 (inhibiteur de l’IGF1-R), AG1478 (inhibiteur de l’EGFR) et AG1295 (inhibiteur du PDGFR)) a permis d’atténuer significativement la surexpression endogène élevée de Gqα/PLCβ1 et l’hypertrophie des CMLVs de SHR. D’un autre côté, DPI, NAC et PP2 atténuent significativement l’hyperphosphorylation de la molécule c-Src, des RTKs (récepteurs à activité tyrosine kinase) et de la molécule ERK1/2. Dans une autre étude, nous avons aussi démontré que la PKCẟ montre une hyperphosphorylation en Tyr311 dans les CMLVs de SHR comparées aux CMLVs de WKY. La rottlerin, utilisée comme inhibiteur spécifique de la PKCẟ, inhibe significativement cette hyperphosphorylation en Tyr311 dépendamment de la concentration. L’inhibition de l’activité de la PKCẟ par la rottlerin a été aussi associée à une atténuation significative de la surexpression protéique endogène de Gqα/PLCβ1 et l’hypertrophie des CMLVs de SHR. De plus, l’inhibition pharmacologique de l’activité de la PKCẟ, en amont du stress oxydatif, a permis d’inhiber significativement l’activité de la NADPH, le taux de production élevée de l’ion superoxyde ainsi que l’hyperphosphorylation de la molécule ERK1/2, de la molécule c-Src et des RTKs. À notre surprise, nous avons aussi remarqué une surexpression protéique de l’EGFR et de l’IGF-1R dans les CMLVs de SHR à l’âge de 16 semaines. L’inhibition pharmacologique de l’activité de la PKCẟ, de la molécule c-Src et du stress oxydatif a permis d’inhiber significativement la surexpression protéique endogène de ces RTKs. De plus, l’inhibition de l’expression protéique de l’EGFR et de la molécule c-Src par des siRNA spécifiques atténue significativement le taux d’expression protéique élevé de Gqα et de PLCβ1 ainsi que le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. Des siRNAs spécifiques à la PKCẟ ont permis d’atténuer significativement le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR et confirment le rôle important de la PKCẟ dans les mécanismes moléculaires de l’hypertrophie des CMLVs selon une voie dépendante du stress oxydatif. En conclusion, ces résultats suggèrent un rôle important de l’activation endogène de l’axe Gqα-PLCβ-PKCẟ dans le processus d’hypertrophie vasculaire selon un mécanisme impliquant une activation endogène des récepteurs AT1/ETa, de la molécule c-Src, du stress oxidatif, des RTKs et des MAPKs. / Vascular Gqα signaling has been shown to regulate cardiovascular contractility and growth. Vascular smooth muscle cells (VSMC) from SHR have been shown to exhibit enhanced endogenous production of angiotensin II (Ang II) and endothéline-1 (ET-1). In addition, exogenous Ang II was shown to induce VSMC hypertrophy through Gqα and PKCẟ signaling. However, studies on the role of Gqα/PLCβ1 proteins and PKCẟ signaling in VSMC hypertrophy in animal model of essential hypertension are lacking. The objective of the present thesis is to examine the role of Gqα/PLCβ1 proteins and the associated signaling pathways in VSMC hypertrophy using spontaneously hypertensive rats (SHR). VSMC from 16 week-old SHR (presence of cardiac hypertrophy) and not from 12 week-old SHR (absence of cardiac hypertrophy) exhibited enhanced levels of Gqα/PLCβ1 proteins as compared to age-matched Wistar-Kyoto (WKY) rats. The knockdown of Gqα and PLCβ1 in VSMC from 16 week-old SHR by antisense oligodeoxynucleotides and/or siRNA resulted in attenuation of protein synthesis. In addition, the enhanced expression of Gqα/PLCβ1 proteins, enhanced phosphorylation of ERK1/2 and enhanced protein synthesis in VSMC from SHR were attenuated by Ang II AT1 and ET-1 ETA receptor antagonists losartan and BQ123, respectively, but not by ETB receptor antagonist BQ788. In addition, PD98059 decreased the enhanced expression of Gqα/PLCβ1 and protein synthesis in VSMC from SHR. Since oxidative stress has been shown to be increased in hypertension, we tested the role of oxidative stress in enhanced expression of Gqα and PLCβ1 proteins and VSMC hypertrophy in SHR and further explore the underlying mechanisms responsible for this response. The increased expression of Gqα and PLCβ1 proteins as well as increased protein synthesis exhibited by VSMC from SHR were significantly attenuated by antioxidants: N-acetylcysteine (NAC), a scavenger of superoxide anion, DPI, an inhibitor of NAD(P)H oxidase, PP2 (c-Src inhibitor), AG1024 (IGFR inhibitor), AG1478 (EGFR inhibitor) and AG1295 (PDGFR inhibitor). In addition, the levels of IGF-1R and EGFR proteins and not of PDGFR were also enhanced in VSMC from 16 week-old SHR which were attenuated significantly by NAC, DPI and PP2. Furthermore, the inhibition of oxidative stress and c-Src molecule also attenuated the enhanced phosphorylation of IGF-1R, PDGFR, EGFR and EKR1/2 in VSMC from SHR. To further confirm our results, the knockdown of EGFR and c-Src with specific siRNA was also associated with a significant decrease in the enhanced expression of Gqα and PLCβ1 proteins and enhanced protein synthesis in VSMC from SHR. In another study we showed also that VSMC from 16 week-old SHR exhibit enhanced phosphorylation of PKCδ at Tyrosine 311 (Tyr311) as compared to VSMCs from WKY rats which was attenuated by rottlerin (PKCδ inhibitor) in a concentration dependant-manner. Furthermore, rottlerin also attenuated the increased production of superoxide anion, NAD(P)H oxidase activity, c-Src phosphorylation and ERK1/2 phosphorylation in VSMC from SHR. In addition, rottlerin and PKCδ-siRNA also attenuated the enhanced protein synthesis in VSMCs from SHR. The increased expression of Gqα, PLCβ1, IGF-1R and EGFR exhibited by VSMC from SHR were also attenuated by rottlerin in a concentration dependant manner. Rottlerin also inhibited significantly the enhanced phosphorylation of IGF-1R, PDGFR and EGFR in VSMCs from SHR and WKY. These results suggest that the enhanced levels of endogenous Ang II and ET-1 enhanced the expression of Gqα/PLCβ1 proteins in VSMC from 16 week-old SHR and result in VSMC hypertrophy. On the other hand, the enhanced oxidative stress, c-Src and PKCẟ activation, through the transactivation of growth factor receptors and MAPK signaling contribute to enhanced expression of Gqα and PLCβ1 proteins and resultant enhanced protein synthesis.

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