La coronaropathie est une cause majeure de mortalité, motivant la recherche de stratégies limitant le remodelage cardiaque ou stimulant la néovascularisation après un infarctus du myocarde (IDM). Ce travail vise à étudier chez la souris adulte le rôle, sur la fonction cardiaque, de gènes régulant l'angiogenèse et le métabolisme cellulaire en modulant leur expression endothéliale en conditions basales ou en post-IDM (après ligature coronaire) : PPARβ/δ, Wt1, Cyp51 et Dnmt2. Les paramètres échocardiographiques ont été mesurés pré et post-IDM, des analyses histochimiques réalisées, et l’expression de gènes cibles comparée selon le génotype. La surexpression de PPARβ/δ stimule l'angiogenèse basale, causant une hypertrophie ventriculaire gauche (VG). En post-IDM, elle induit un remodelage VG pathologique et majore la taille de l'IDM, posant la question des interactions entre endothélium et cardiomyocytes. En post-IDM, l'invalidation de Wt1 limite l'angiogenèse coronaire, majore le remodelage VG et la taille de l'IDM. A l'état basal, l'invalidation de Cyp51 est à l'origine d'une insuffisance cardiaque dilatée, via une perméabilité vasculaire accrue et une activation endothéliale. La modification de la composition membranaire en stérols peut expliquer la dysfonction de l'endothélium, modifiant ses interactions avec les cardiomyocytes. Ainsi, Cyp51 possède un rôle essentiel dans la structure et la fonction cardiaque, ouvrant le champ de son étude en post-IDM. Enfin, l'expression de Dnmt2 est indispensable pour limiter l'hypertrophie cardiaque, via le contrôle de l'activité de l'ARN polymérase II par la méthylation de l’ARN non codant Rn7sk. / Coronary heart disease is a major cause of mortality, explaining the increasing interest in therapeutics targeting cardiac remodeling and neovascularization after myocardial infarction (MI). Using endothelial expression modulation in adult mice in basal or post-MI conditions (after coronary artery ligation), this work studied several genes involved in angiogenesis and cardiac metabolism, PPARβ/δ, Wt1, Cyp51 and Dnmt2, and their role in cardiac function. Echocardiographic structural and functional parameters were measured before and after MI, histochemistry analyses performed, and target genes expression compared between different genotypes. PPARβ/δ basal overexpression resulted in an increased angiogenesis and cardiac hypertrophy. After MI, it caused MI expansion through increased cardiac remodelling. This discrepancy raises the issue of communication between endothelial cells and cardiomyocytes. Endothelial Wt1 expression is essential for cardiac repair after MI : deletion was responsible for neovascularization impairment, poorer cardiac remodeling and MI enlargement. Endothelial Cyp51 expression is necessary for basal cardiac structure and function. After Cyp51 deletion, membrane and cell junction disorganization caused increased vascular permeability and endothelium activation, resulting in dilated cardiomyopathy. The accumulation of toxic oxysterols or lack of cholesterol might account for endothelial dysfunction, through abnormal endothelial cells to cardiomyocytes signalling. Dnmt2 deletion caused cardiac hypertrophy. through methylation of non-coding RNA Rn7sk and control of RNA polymerase II activity.

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

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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / ACE inhibitors reduce the mortality rates for congestive heart failure and myocardial infarction. This has been shown to occur both in patients and in animal post-myocardial infarction (MI) models. Background Inflammatory cytokines have been shown to be activated post-MI and in congestive heart failure (CHF), and to contribute to ventricular dysfunction and remodeling. Angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitors have been shown to be beneficial post-MI and in CHF, and we hypothesised that one of the mechanisms by which they exert their beneficial effects is by reducing cardiac expression of cytokines. Methods and results In order to verify this, 402 rats had a MI created by coronary artery ligation. In order to evaluate the benefit of ACE inhibitors started early post-MI, rats were separated into 3 treatment groups and followed 28 days: (1) MI no therapy; (2) quinapril started day 1; and (3) quinapril started day 25. In order to evalute the effects of ACE inhibitors once CHF had developed, 3 more groups were started and followed for a total of 84 days. Following the initiation of CHF (28 days post-MI), rats were randomised to (l) MI no therapy; (2) quinapril started on day 28; (3) quinapril started on day 81. In the early post-MI group, quinapril improved cardiac hemodynamics and prevented the increase in cardiac cytokine expression (tumor necrosis factor-α, interleukin 1β, 5 and 6), regardless of when it was started. Only when quinapril was started on day 1 did it improve ventricular remodeling. In the CHF group (84 days), quinapril had no effect on cardiac hemodynamics or ventricular remodeling. Quinapril, whether started on day 28 or 81, prevented the rise in cardiac cytokine expression. Conclusions In this post-MI model of CHF, ACE inhibitors have more beneficial effects on cardiac hemodynamics and ventricular remodeling when started early post-MI, rather than later when chronic CHF has developed. However, ACE inhibitors attenuate the rise in cardiac cytokine expression in both conditions. This study helps to identify a new mechanism by which ACE inhibitors may exert their beneficial effects in the early and late post MI-setting. / Les inhibiteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine II (IECA) réduisent le taux de mortalité, chez les personnes atteintes de défaillance cardiaque congestive (DCC) et/ou victime d'un infarctus du myocarde (IM). Ceci a été démontré aussi bien chez l'humain que dans des modèles animaux. Les mécanismes responsables des effets bénéfiques observés semblent multiples et incluent des effets hémodynamiques, une réduction des effets cellulaires de l'angiotensine II et une augmentation de la production d'oxyde nitrique. Etant donné que les cytokines inflammatoires sont activées en période post IM et en DCC, et que cette augmentation contribue à l'initiation de dysfonctions ventriculaires et au remodelage, nous émettons l'hypothèse quq les effets bénéfiques observés par ces agents sont aussi la résultante de leurs capacités à réduire le stress oxidatif et l'expression cardiaque de cytokines. Un total de 402 rats ont subi un IM par ligature de l'artère coronaire gauche. Afin d'évaluer les effets des IECAs débutes précocement post IM, les rats ont été séparés en trois groupes et suivis durant une période de 28 jours : (l) IM sans traitement; (2) quinapril débuté le premier jour post IM; et (3) quinapril débuté le 25 jour post IM. De plus, afin d'évaluer les effets des EECAs durant le développement de la DCC (28 jours post IM), trois groupes additionnels ont été suivis durant une période de 84 jours; (l) IM sans traitement; (2) quinapril débuté 28 jours post IM; et (3) quinapril débuté 81 jours post IM. Précocement post IM, quinapril améliore l'hémodynamie cardiaque et prévient l'augmentation de l'expression de cytokines cardiaques (facteur de tumeur nécrosante-α, interleukine-1β, 5 et 10) indépendamment du temps de traitement. Seul le traitement au quinapril appliqué au premier jour post IM résulte en une amélioration du remodelage ventriculaire. Quand débuté plus tardivement post IM (28 jours) le quinapril n'a pas d'effet négatif ou positif sur les paramètres hémodynamiques ou le remodelage ventriculaire. Par contre, le traitement avec le quinapril débuté 28 ou 81 jours post IM, prévient l'augmentation de l'expression de cytokines cardiaques. Dans ce modèle expérimental de DCC subséquent à un IM, les lECAs ont démontré des effets supérieurs sur les paramètres hémodynamiques ou le remodelage ventriculaire lorsque le traitement est débuté tôt post IM, plutôt que tardivement lorsque la DCC est développée. Par contre, les DECAs atténuent l'augmentation de l'expression cardiaque de cytokines dans les deux situations. Cette étude identifie un nouveau mécanisme par lequel les EECAs peuvent conférer des effets bénéfiques précocement et tardivement post IM.

L'Infarctus du myocarde (IM) provoque, chez le rat, une augmentation de l'apoptose dans le système limbique en plus d'induire des symptômes qui s'apparentent à la dépression chez l'humain. Nous avons démontré qu'une diète élevée en oméga-3 ou la prise de probiotiques pouvaient être efficaces pour réduire ces effets si ces interventions débutaient avant l'induction de l'ischémie myocardique. Cette étude a pour objectif de déterminer l'efficacité de ces interventions si elles débutent après l'ischémie myocardique. L’IM a été induit chez le rat mâle Sprague-Dawley par l’occlusion de l’artère coronaire descendante antérieure gauche pendant 40 minutes. À la suite de l’ischémie, les rats ont reçu des probiotiques (1 billion de bactéries vivantes de L. helveticus R0052 et de B. longum R0175) ou un véhicule dans leur eau de boisson en présence d'une diète élevée ou faible en oméga-3. À 3 jours post-IM, l’activité enzymatique de la caspase-3 et le nombre de cellules dUTP nick-end labelling (TUNEL) positives sont diminués dans les régions CA1 et le corps godronné de l’hippocampe ainsi que dans l’amygdale en présence de la diète élevée en oméga-3. La prise de probiotiques atténue également l’activité de la caspase-3 et le nombre de cellules TUNEL positives dans le corps godronné et l’amygdale médiane. À 2 semaines post-IM, le comportement dépressif évalué par 3 tests comportementaux (test d’interaction sociale, test de nage forcée et test d’évitement passif) a été observé chez le groupe recevant la diète faible en oméga-3 sans probiotiques et le comportement dépressif a été atténué avec la diète élevée en oméga-3 et/ou la prise de probiotiques. Les probiotiques ont augmenté les niveaux plasmatiques d’interleukine-4 (IL- 4) tandis que la diète élevée en oméga-3 a montré une diminution de la protéine chimiotactique monocytaire 1 (MCP-1). Ces résultats indiquent qu’une diète élevée en oméga-3 ou la prise de probiotiques, débutant à la suite de l’IM, s’avèrent bénéfiques pour atténuer la dépression et l’apoptose dans le système limbique. / Proinflammatory cytokines play a central role in depressive-like behavior and apoptosis in the limbic system after myocardial infarction (MI). Polyunsaturated fatty acids (PUFA) omega-3 diet or the combination of Lactobacillus helveticus R0052 and Bifidobacterium longum R0175 probiotics, when given before ischemic period, reduce circulating proinflammatory cytokines as well as apoptosis in the limbic system. This study was designed to determine if the same nutritional interventions maintain their beneficial effects when started after the onset of the reperfusion period and attenuate depressive-like behavior. MI was induced by the occlusion of the left anterior descending coronary artery for 40 minutes in rats. After the onset of reperfusion, animals were fed with a high or low PUFA omega-3 diet, combined or not with 1 billion live bacteria of L. helveticus R0052 and B. longum R0175. At 3 days post-MI, caspase-3 enzymatic activities and terminal dUTP nickend labelling (TUNEL)-positive cells were decreased in the CA1, dentate gyrus and amygdala with the high PUFA omega-3 diet as compared to the other diet. Probiotics attenuated caspase-3 activity and TUNEL-positive cells in the dentate gyrus and the medial amygdala. At 2 weeks post-MI, depressive-like behaviour, evaluated by 3 behavioural tests (social interaction, passive avoidance and forced swim test), was observed in the low PUFA omega-3 diet without probiotics and this behavior was attenuated with the high PUFA omega-3 diet or/and probiotics. Probiotics increased interleukin-4 plasmatic concentrations while high PUFA omega-3 diet decreased monocyte chemotactic protein 1 (MCP-1). These results indicate that a high PUFA omega-3 diet or the administration of probiotics, starting iii after the onset of reperfusion, are beneficial to attenuate post-MI depression and apoptosis in the limbic system.

L’injection de cellules souches provenant de la moelle osseuse est reconnue pour améliorer la fonction ventriculaire ainsi que le remodelage cicatriciel après un infarctus du myocarde (IM). Le Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha), une chimiokine induite par l’ischémie cardiaque, représente une grande importance en raison de son rôle dans le recrutement de cellules inflammatoires et de cellules souches de la moelle osseuse vers les sites endommagés. Quoique les recherches sur le rôle de la chimiokine SDF-1 alpha dans le remodelage ventriculaire se multiplient, son implication dans la phase aiguë du remodelage reste inexplorée. Le but de la présente étude est de déterminer l’effet du SDF-1 alpha sur la taille de la cicatrice, l’hypertrophie cardiaque ainsi que la fonction ventriculaire chez des rats et des souris une semaine après un IM. La stratégie utilisée implique l’administration de l’AMD3100 (1 mg/kg, 24 heures après l’IM, pendant 6 jours), l’antagoniste sélectif du récepteur du SDF-1 alpha, le CXCR4. Ce récepteur est couplé à une protéine G alpha i et induit la migration et la prolifération cellulaire. Chez les rats du groupe IM, l’expression de la chimiokine a été détectée surtout dans les cellules musculaires lisses et les cellules endothéliales des vaisseaux cicatriciels. Le profil d’expression de la chimiokine dans le cœur infarci indique un gradient de concentration vers la cicatrice. Une semaine après l’IM, le traitement avec l’AMD3100 a diminué la taille de la cicatrice, résultant en une amélioration de la fonction ventriculaire et une diminution de l’élévation de l’expression de l’ARNm de l’ANP dans le ventricule gauche non infarci (VGNI). Chez les souris, le traitement avec l’AMD3100 a engendré les mêmes effets, soit une diminution de la taille de la cicatrice ainsi qu’une amélioration de la fonction ventriculaire. La réduction de la taille de la région infarcie chez les souris traitées avec l’AMD3100 est associée avec une atténuation de l’infiltration des neutrophiles dans la région ischémique. Ces résultats suggèrent que le blocage pharmacologique de l’axe SDF-1 alpha/CXCR4 lors de la phase aiguë du remodelage ventriculaire après un IM diminue la taille de la cicatrice et améliore la fonction ventriculaire, en partie, par la diminution de la réaction inflammatoire. / The injection of bone marrow stem cells in the infarcted heart was shown to improve ventricular function and scar remodelling. The chemokine Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha) is implicated in the migration of inflammatory and bone marrow derived stem cells to damaged region. Despite a local increase of SDF-1 alpha expression in the damaged myocardium, the biological impact of the chemokine during the acute phase of remodelling in the ischemic heart remains undefined. Therefore, the present study examined the role of SDF-1 alpha on scar expansion, cardiac hypertrophy and ventricular function in rats following myocardial infarction (MI) via administration of AMD3100 (1 mg/kg, 24 hours post-MI and continued for 6 days) a selective antagonist of the SDF-1 alpha receptor, CXCR4. This receptor is coupled to a G alpha i protein and induced migration and proliferation of cells. In 1-week post-MI rats, chemokine expression was detected in smooth muscle and endothelial cells of blood vessels residing in the infarcted region. An SDF-1 alpha gradient towards the infarcted region was detected in the post-MI rat heart. In 1-week post-MI rats, AMD3100 therapy reduced scar size, concomitantly improved left ventricular function and partially supressed the elevated expression of ANP mRNA in the non-infarcted left ventricule. Preliminary studies on mice showed that the reduced infarct size in AMD3100-treated post-MI mice was associated with an attenuation of neutrophil infiltration in the ischemic region. These data highlight the novel observation that pharmacological antagonism of the SDF-1 alpha/CXCR4 axis during the acute phase of repartive fibrosis post-MI attenuated scar expansion and improved ventricular function in part via attenuation of the inflammatory response.

Nous avons démontré la présence d'apoptose dans le système limbique suivant un infarctus du myocarde. Cette mort cellulaire serait partiellement reliée à l'augmentation de cytokines pro-inflammatoires. Des études démontrent que certains probiotiques ont des effets bénéfiques en diminuant le ratio de cytokines pro/anti-inflammatoires. La prise de probiotiques en prévention, avant l’occlusion d’une artère coronarienne, pourrait-elle diminuer l’apoptose dans le système limbique? Méthodes : La combinaison de probiotiques Lactobacillus helveticus R0052 et Bifidobacterium longum R0175 ou son véhicule fut additionné dans l’eau des rats pendant 28 jours consécutifs. Un infarctus du myocarde fut provoqué par l’occlusion de l’artère coronaire gauche. Après 40 minutes d'occlusion, les régions ischémiques ont été reperfusées pour 72 heures. Les animaux furent sacrifiés et la taille de l'infarctus mesurée. L'amygdale et l'hippocampe furent prélevés pour déterminer l'activité de la caspase-3 (pro-apoptotique), le ratio Bax/Bcl2(proapoptotique/ anti-apoptotique) et l'activité d'Akt (survie cellulaire). Résultats : La taille de l’infarctus n'est pas diminuée dans le groupe probiotique (45% de la région à risque)comparé au groupe placebo. Nos marqueurs d’apoptose démontrent une diminution dans les régions du gyrus denté, de l’amygdale latérale et médiane dans le groupe probiotique par rapport au placebo. L’activité de la caspase-3 et le ratio Bax:Bcl2 furent réduits dans le groupe probiotique de 50% et 40% respectivement (p < 0.05) et phosphorylation d’Akt fut augmentée de 35% (p<0.05). Aucune différence fut observée pour les régions Ca1 et Ca3. Conclusion : La combinaison de probiotiques utilisée réduit l’apoptose dans différentes régions du système limbique 72 heures après un IM. / Apoptosis is observed in limbic system after a myocardial infarction (MI). This cell death is due to the release of pro-inflammatory cytokines. Since probiotics reduce the pro/anti-inflammatory cytokine ratio, we hypothesise that probiotics will lessen apoptosis in the limbic system following MI. Methods: Rats were given probiotics or placebo for 4 consecutive weeks. Rat in the probiotic group received a daily dose of over 1 billion live bacterial cells of Lactobacillus helveticus R0052 and Bifidobacterium longum R0175 in combination. A MI was then induced in anesthetised rats by a 40-minute occlusion of the left anterior coronary artery followed by a 72 hours of reperfusion. Infarct size was measured and apoptosis was determined in the amygdala and hippocampus in both groups. Results: Infarct size was not diminished in the probiotic group (45% of the risk area), apoptosis was lessened in the dentate gyrus (DG), the lateral (LA) and medial (MA)amygdala compared to the placebo group. Caspase-3 and Bax/Bcl2 ratio were reduced in the probiotic group by about 50% and 40% respectively. Akt activity was increased by 35% in these regions. No difference was observed in the hippocampus Ca1 and Ca3 regions. Conclusion: This probiotic combination can reduce the apoptosis found in specific regions of the limbic system following a MI, which may have significance for post-MI depression.

Au niveau clinique, il a été observé que de 15 à 30 % des patients qui ont subi un infarctus du myocarde développent une dépression majeure. De plus, la population atteinte de dépression post-infarctus présente un risque de mortalité de trois à quatre fois plus élevé, et ce, en comparaison avec la population non dépressive post-infarctus. Dans un modèle de rat développé pour étudier la dépression post-infarctus, des cellules apoptotiques ont été retrouvées au niveau du système limbique. Il apparaît que les cytokines seraient en partie responsables de cette mort cellulaire qui relie le cœur en ischémie et le système nerveux central. Donc, les objectifs de cette thèse sont : 1) de caractériser spatialement et temporellement la survenue de la mort cellulaire par apoptose dans les structures du système limbique du rat, à la suite d’un infarctus du myocarde ; 2) de déterminer l’effet de l’anti-inflammatoire celecoxib sur cette apoptose observée au niveau de l’amygdale et de déterminer l’implication de l’enzyme COX-2 ; 3) de déterminer l’implication de la cytokine pro-inflammatoire TNF-α dans l’apoptose observée au niveau des structures du système limbique du rat, à la suite d’un infarctus du myocarde. Afin d’atteindre ces objectifs, les rats ont subi une ischémie de 40 minutes, suivi d’une période de reperfusion qui varie d’un protocole à l’autre (15 minutes, 24, 48, 72 heures ou 7 jours). De plus, en fonction du protocole, ces rats ont été traités avec soit du célécoxib (inhibiteur sélectif de la COX-2), soit avec du PEG sTNF-R1 (inhibiteur du TNF-α). À la suite de ces protocoles, les rats ont été sacrifiés, la taille de l’infarctus a été déterminée et les différentes structures cérébrales du système limbique prélevées. Des tests biochimiques propres à chaque protocole ont été réalisés afin de documenter l'apoptose. Il a alors été observé qu’aucun des deux traitements ne présentait d’effet sur la taille de l’infarctus. L’étude de l’apoptose dans le système limbique a révélé que : 1) le processus apoptotique se mettait en place dans l’hippocampe dès les 15 premières minutes de reperfusion suivant l’infarctus du myocarde et que ce processus était spatialement dynamique dans le système limbique jusqu’au septième jour postreperfusion ; 2) il est apparu que la COX-2 était impliquée dans l'apoptose du système limbique ; 3) il a été observé que le TNF-α périphérique était impliqué dans ce processus apoptotique après 72 heures de reperfusion en activant la voie extrinsèque de l'apoptose. Ces résultats ont permis de caractériser la survenue de l’apoptose au niveau du système limbique chez le rat à la suite d’un infarctus du myocarde et de documenter l'implication de la COX-2 et du TNF-α dans ce processus. Bien que ces résultats n’apportent pas de schémas thérapeutiques clairs ou de mécanismes physiopathologiques globaux ces derniers permettent une meilleure compréhension de la relation existante entre le cœur et le système nerveux central dans le cadre de l’infarctus du myocarde. De manière moins spécifique ils précisent la relation entre le système inflammatoire et le système nerveux central. / About 15 to 30% of clinical patients with myocardial infarction develop major depression. This population is three to four times more vulnerable to fatalities such as death when compared to the non depressed post-myocardial population. In a rat model, developed in order to study post myocardial infarct depression, apoptotic cells within the limbic system have been found. It has been shown that cytokines could be responsible for the cell death linking the ischemic heart to the central nervous system. Thus, the aims of this thesis are: 1) to characterize the spatial time course of the apoptotic cell death within the limbic system, following a myocardial infarct, in a rat model; 2) to determine the effect of the anti-inflammatory celecoxib on this apoptosis in the amygdala and determine the COX-2 enzyme’s implication; 3) to determine the implication of the pro-inflammatory cytokine TNF-α in the apoptosis observed within the limbic system, following a myocardial infarct, in a rat model. In order to achieve these goals, rats were submitted to 40 minutes of myocardial ischemia followed by a variable reperfusion period (15 minutes, 24, 48, 72 hours or 7 days). Moreover, depending on the protocol, rats were treated with celecoxib (COX-2 selective inhibitor), or with PEG sTNF-R1 (TNF-α inhibitor). At the end of each respective reperfusion period, rats were sacrificed, infarct size was determined and the different structures of the limbic system were dissected for further analysis. Biochemical tests, specific to each protocol were performed in order to characterize this apoptosis. With respect to obtained results, we observed that the infarct size was impacted by none of the two treatments. Apoptosis study within the limbic system revealed that: 1) the apoptotic process was activated in the hippocampus area within the first 15 minutes of reperfusion and this process was spatially dynamic in the limbic system until the seventh day of reperfusion; 2) it appeared that COX-2 was implicated in the apoptosis in the limbic system; 3) peripheral TNF-α was implicated in the apoptotic process after 72 hours of reperfusion by activating the extrinsic and intrinsic pathways of apoptosis. These results allowed characterization of apoptosis within the limbic system, in a rat model, following a myocardial infarct and the establishment of the implication of COX-2 and TNF-α in this process. Although these results do not provide any clear therapeutic schemas or global physiopathological mechanisms, they allow a better comprehension of the existing relationship between the heart and the central nervous system within the myocardial infarct context. To a less specific extent these results bring more information on the relationship between the inflammatory system and the central nervous system.

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

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