Contexte : Le lien entre insuffisance cardiaque et obésité n’est pas clairement établi, et les mécanismes mis en jeu le sont encore moins.Objectif : Confirmer l’existence de la cardiopathie métabolique et explorer ses mécanismes physiopathologiques par mise au point de modèles de souris associés à des techniques de modulations.Méthode : Etablissement d’un modèle de souris sauvages (WT, C57/BL6J, mâle) soumises à un régime riche en graisse (60% de graisse, HFD), associé à des techniques de modulation comme l’exercice (natation) et l’ablation de la graisse viscérale. Utilisation de souris déficientes pour le gène de l’ostéopontine (voie de la sénescence). Analyse des effets du régime HFD sur le tissu adipeux et ses fonctions métaboliques, et sur le myocarde et sa contractilité. Analyse en parallèle des effets du vieillissement physiologique chez les souris WT et déficientes sur ces mêmes paramètres. Recherche d’un lien entre dysfonction du tissu adipeux et dysfonction cardiaque au travers de l’exploration des voies de la sénescence, notamment celle de l’ostéopontine.Résultats : Nous avons tout d’abord confirmé l’existence d’une cardiopathie métabolique induite par le régime HFD. Cette cardiopathie se manifestait par un remodelage avec fibrose myocardique associé à une dysfonction systolique visible uniquement en strain rate (FEVG normale) et en hémodynamique invasive. Chez ces souris obèses, nous avons retrouvé une augmentation du taux plasmatique de marqueurs pro-fibrotiques (TGF, leptine) et une baisse des marqueurs protecteurs (adiponectine), le tout secondaire à une dysfonction du tissu adipeux qui prédominait au niveau viscéral. En parallèle, nous avons observé une fibrose myocardique avec dysfonction systolique au cours du vieillissement physiologique, elle-même associée à une augmentation de la production d’ostéopontine par le tissu adipeux viscéral. D’ailleurs, les souris déficientes pour le gène de l’ostéopontine étaient protégées de la sénescence cardiaque. L’ablation de la graisse viscérale et l’utilisation de drogues inhibant l’ostéopontine chez les souris WT protégeaient également de la sénescence cardiaque ce qui confirmait le rôle du tissu adipeux dans ce processus via la production d’ostéopontine. Enfin, des résultats préliminaires chez les souris HFD montraient également un effet protecteur de l’ablation de la graisse viscérale vis-à-vis de la dysfonction cardiaque.Conclusion : La cardiopathie métabolique secondaire à l’obésité est donc une entité bien réelle. Nous avons établi la preuve de concept du rôle de la sénescence du tissu adipeux viscéral dans les altérations cardiaques qui sont assimilables à un vieillissement cardiaque prématuré. L’ostéopontine est une cible thérapeutique potentielle à explorer. / Background: The link between heart failure and obesity is not clear, and the mechanisms are unknown.Objectives: To validate the existence of metabolic cardiomyopathy and to explore the underlying mechanisms using mice models and rescue technics.Method: Establish a wild type mice model (WT, C57/BL6J, male) fed with a high fat diet (60% of fat, HFD), associated with rescue technics such as exercise (swimming) or visceral fat ablation. Use of a transgenic mice model with a deletion for the Osteopontin gene (OPN, senescence pathway). Analysis of HFD consequences on the adipose tissue histology and function, on the myocardial histology and function. In addition, analysis of the effects of physiological aging on the same parameters in WT and OPN mice. Finally, explore the link between adipose tissue dysfunction and cardiac dysfunction through the senescence pathway analysis, especially the OPN pathway.Results: First, we confirmed the development of a metabolic cardiomyopathy in HFD mice, which was characterized by left ventricular remodeling with myocardial fibrosis associated with a systolic dysfunction detected only by strain rate (normal LVEF) and in-vivo hemodynamic technics. In addition, we observed in the plasma of HFD mice an increase in pro-fibrotic markers (TGF, leptin) and a decrease in protective markers (adiponectine), which was related to a visceral adipose tissue dysfunction. We also observed a myocardial fibrosis with systolic dysfunction during physiological aging associated with an increased release of osteopontin from the visceral adipose tissue. Moreover, OPN ko mice were protected from cardiac senescence. The surgical removal of the visceral adipose tissue and the use of OPN inhibitors in WT mice also protected from cardiac senescence, which corroborated the role of the adipose tissue and its OPN production in the aging process. Finally, preliminary results on HFD mice showed a cardiac protection from visceral adipose tissue removal.Conclusion: The metabolic cardiomyopathy is a real entity, in which our data establish the proof-of –concept that adipose tissue senescence plays a key role in cardiac alteration that may be considered as premature cardiac aging. OPN may constitute a promising therapeutic target.

La sélénoprotéine T (SelT) est une protéine thiorédoxine-like abondamment exprimée au cours du développement embryonnaire chez le rat, mais son expression tend à disparaître après la naissance, notamment dans le coeur, suggérant un rôle limité de la SelT à l’âge adulte. Néanmoins, nous avons pu montrer que la SelT est réexprimée au niveau cardiaque suite à une ligature de l’artère coronaire (LC), suggérant le rôle potentiellement protecteur de cette protéine au cours des pathologies cardiovasculaires. Le but de notre projet fut donc d’évaluer les effets cardiaques d’une thérapie par la SelT au cours de l’insuffisance cardiaque, moyennant soit une thérapie protéique, soit une thérapie génique visant à surexprimer la SelT au niveau cardiaque ou au niveau systémique. La supplémentation en SelT (15μg/kg/jour, minipompes ip) a permis d’améliorer significativement le débit cardiaque et la fraction de raccourcissement du VG, mais également d’améliorer les pressions télé-systoliques et télé-diastoliques du ventricule gauche ainsi que la perfusion coronaire. Ces changements sont associés à une diminution du stress oxydant cardiaque ainsi qu’à une répression des mécanismes inflammatoires cardiaques. L’ensemble de ces améliorations a été observé sans modification de la taille d’infarctus. En parallèle, nous avons pu montrer qu’une injection intraveineuse d’un rAAV9-SelT (1.1011vg) une semaine après la LC permettait de diminuer significativement la dilatation ventriculaire gauche 3 mois après la LC. De manière concomitante, la thérapie génique par la SelT améliore le débit cardiaque ainsi que la perfusion cardiaque. Ces changements sont associés à une amélioration de la compliance et de l’élastance cardiaque. Par ailleurs, l’injection intramusculaire d’un rAAV8-SelT suivant le même protocole que précédemment. Nous avons pu montrer que le traitement par cet AAV permettait de diminuer significativement la dilatation du VG et d’améliorer la fraction de raccourcissement. De plus, la thérapie génique a permis d’améliorer la perfusion cardiaque ainsi que la relaxation coronaire endothélium-dépendante. Nous avons également pu montrer que l’ensemble des effets de la SelT sont médiés par le résidu Sec, dès lors que la modification de ce résidu par une alanine, annihile totalement l’ensemble des effets positifs observés au cours de notre étude. Ainsi, nos résultats ont permis de montrer clairement que le rôle bénéfique d’un traitement par la SelT au cours de l’ICC, et ce, grâce à un mécanisme sélénocystéine-dépendant. La SelT semble donc être une cible thérapeutique prometteuse pour le traitement de cette pathologie. / Selenoprotein T (SelT) is a thioredoxin-like protein, which is abundantly but transiently expressed in the heart during the embryonic development, suggesting that SelT plays a limited role during adulthood. However, data from our laboratory show that cardiac SelT expression increases after myocardial infarction. This suggests that SelT may play a yet unrevealed role in cardiovascular diseases but SelT’s potential protective role is unknown. Thus, we sought to investigate the cardiac effects of a SelT-mediated therapy in chronic heart failure (CHF) using either a protein or gene therapy through either a protein supplementation, or rAAV encoding for different forms of SelT. SelT supplementation (15μg/kg/day, IP, administered for 1 month starting 7 days after MI) resulted in a restoration of cardiac output and LV fractional shortening (sham: 178,1±14,8; MI: 161,1±7,7; MI+SelT; 177,6 ±8,0 and sham: 44,5±5,1; MI: 17,1±0,8; MI+SelT: 25,6±2,4, respectively), in association with an improvement of LV end-diastolic and end-systolic pressures as well as LV tissue perfusion. These changes were associated with a lower oxidative status and with a decrease in inflammation pathways (-32,7% vs MI for oxidative stress and - 27,2% and - 31,4% for inflammation, measured by electron paramagnetic resonance and western blotting analyses of IL1ß and IL6 expressions, respectively). All these effects were observed at identical infarct sizes. In parallel, a single intravenous injection of rAAV9-SelT (1.1011 virus - genome copies) one week after MI resulted in an increased cardiac SelT expression 3 weeks after injection (+150%, p<0.05). This SelT - overexpression reduced HF-induced increase in left ventricular diameters in both systole and diastole (at 1 and 3 months post-MI). Simultaneously, SelT improved stroke volume and cardiac output, without change in heart rate or body weight. Moreover, cardiac perfusion was improved by rAAV9-SelT in both interventricular septum and in the border zone of the infarct. These changes were associated with an improvement in cardiac compliance and elastance parameters assessed by invasive pressure/volume curves (compliance: sham: 18.2 ±1.5; HF: 11.0±1.0; HF+rAAV9-SelT: 15.3±0.5 and elastance: sham: 1.3±0.2; HF: 2.8±0.2; HF+rAAV9-SelT: 1.4±0.2, respectively; p<0.05 vs. HF). The third part of this project consisted in a single intramuscular injection of rAAV8-SelT (1.1011 virus-genome copies, 7 days after CAL) of either the normal form (rAAV8-SelTSec), either the modified form in which the Sec residue is replaced by an Ala (rAAV8-SelTAla). rAAV8-SelTSec administration resulted in a significant increase in cardiac SelT levels as soon as 3 weeks post-administration. After 3 months, SelTSec reduced LV dilation and restored cardiac output. Simultaneously SelT improved both LV elastance and compliance. In contrast, administration of the rAAV8-SelTAla did not modify the CHF-related cardiac dysfunction, suggesting that the selenocysteine residue is essential to the normal protein function. Our results clearly show that increasing SelT to supra-normal levels reduces CHF-induced cardiac dysfunction through a selenium-dependent pathway. These results suggest that SelT might be a promising therapeutic option in the treatment of CHF.

La capacité musculaire et la performance à l’effort des patients sont devenues des enjeux prioritaires dans la prise en soins des pathologies respiratoires aigües ou chroniques. Il est maintenant bien établi que dans les secteurs de réanimation ou de l’insuffisance respiratoire chronique obstructive, la fonction musculaire est un facteur indépendamment associé au pronostic vital des patients. Les investigations pour l’étude des réserves cardio-respiratoires et musculaires sont primordiales pour optimiser la prise en soins des patients. Dans le cadre de cette thèse, nous avons recherché à explorer de façon non invasive les capacités des patients à déployer leur réserve cardio-circulatoire et respiratoire au cours de différentes situations d’effort (du sevrage de la ventilation mécanique au réentraînement à l’effort). Dans la première partie nous avons observé sur 124 patients intubés en cours de sevrage de la ventilation mécanique leur force musculaire inspiratoire. Nous avons défini la faiblesse des muscles respiratoires par une pression inspiratoire maximale inférieure à 30 cmH2O. Nous avons observé que la faiblesse musculaire inspiratoire était un facteur indépendamment associé à la mortalité à un an de l’extubation. Ensuite nous avons montré sur 90 patients que la mesure des pressions respiratoires maximales effectuée via une sonde d’intubation étaient fiables. Pour finir nous avons différenciés l’atteinte musculaire inspiratoire et l’atteinte musculaire périphérique sur 99 patients et nous avons observés qu’une atteinte combinée était associée à une augmentation de la mortalité à court terme. Dans la seconde partie nous avons évaluer la réponse cardio-vasculaire et la microcirculation musculaire de 20 patients intubés et sédatés au cours de 4 techniques de réhabilitation précoce. Nous avons constaté que 3 techniques sur 4 augmentaient peu le métabolisme à l’effort. Seule une technique combinant mouvement et contraction musculaire induite par stimulation électrique (FES-Cycling) induisait une réponse physiologique suggérant une activité musculaire plus intense. Dans la dernière partie, nous avons étudié la FES-Cycling dans le cadre d’une séance de réentrainement à l’effort d’intensité modérée (50% de la VO2pic) sur 25 patients BPCO. Comparativement à un placebo, la FES-Cycling entrainait une augmentation de la VO2 au cours de l’effort sans augmentation de la dyspnée ressentie, suggérant une intensité de travail atteinte plus importante. Ainsi, nous avons utilisé plusieurs méthodes non invasives pour étudier et optimiser la condition musculaire des patients handicapés respiratoire au cours de l’effort. / Muscular and exercise capacities of patients have become priority issues in taking care in acute or chronic respiratory disease. It is now well established in Intensive Care Unit or Chronic Obstructive Pulmonary Disease that muscle function is an independently factor associated with the prognosis of patients. Investigations for the study of cardiorespiratory and muscle reserves are essential to optimize the taking care of patients. As part of this thesis, we sought to explore by non-invasive ways the ability of patients to deploy their cardiopulmonary reserve during different conditions (to weaning from mechanical ventilation to pulmonary rehabilitation). In the first part we observed the inspiratory muscle strength on 124 intubated patients during weaning from mechanical ventilation. We have defined the weakness of the respiratory muscles by a maximum inspiratory pressure less than 30 cmH2O. We observed that the inspiratory muscle weakness at extubation was an independently factor associated with one year-mortality. Then we have shown on 90 patients that the maximum respiratory pressure measurement via a tube were reliable. Finally we have differentiated the inspiratory muscle damage and peripheral muscle weakness on 99 patients and we have seen that an overlap weakness was associated with an increase in the short term mortality. In the second part we evaluated the cardiovascular response and muscle microcirculation of 20 sedated patients and under mechanical ventilation during 4 early rehabilitation techniques. We have found that 3 techniques on 4 did not alter metabolism to the effort. Only one technique combining movement and muscle contraction induced by functional electrical stimulation (FES-Cycling) induced a physiological response suggesting efficient muscle activity. In the last part, we studied on 25 COPD patients the FES-Cycling in a single session of pulmonary rehabilitation at a moderate intensity (50% of the VO2peak). Compared to placebo, the FES-Cycling training increased VO2 during exercise without increased the perceived dyspnoea, suggesting an intensity reached more important. Thereby, we used several non-invasive methods to study and optimize the muscle condition during exerise of respiratory disabled patients.

La transplantation rénale est reconnue comme le traitement de choix de l’insuffisance rénale terminale chez l’enfant et l’adulte jeune et est associée à une augmentation de la survie et une amélioration de la qualité de vie des patients tout en étant le traitement le plus coût efficace à long terme. Néanmoins, il persiste de nombreuses questions sur la prise en charge des patients avant, pendant et après la transplantation. Le but de cette étude est d’analyser le parcours de soin des enfants présentant une maladie rénale chronique afin de mettre en évidence d’éventuelles disparités dans la prise en charge des patients et de fournir des outils d’aide à la décision afin d’améliorer la prise en charge et le traitement de ces patients.Nous avons utilisé différentes sources de données : le registre français des patients avec traitement de suppléance rénale (registre REIN), le registre européen de traitement de suppléance rénale (ESPN/ERA-EDTA registry) et la base de données médico-administrative des hospitalisations (PMSI).Tout d’abord, nous avons étudié les facteurs médicaux et non-médicaux pouvant induire des inégalités et avons mis en évidence que le sexe féminin est associé à un accès retardé à la transplantation rénale et particulièrement à la transplantation rénale préemptive. Ce désavantage pourrait être en parti expliqué par une progression plus rapide vers l’insuffisance rénale terminale même chez des patients présentant la même maladie. Nous avons également montré que les pratiques des centres de traitements impactaient de façon importante la trajectoire des patients. C’est un déterminant majeur du choix de la modalité de suppléance rénale initiale (hémodialyse ou dialyse péritonéale) et de l’accès à la transplantation rénale essentiellement par le biais de la rapidité d’inscription sur la liste d’attente.Nous nous sommes focalisé sur le sous-groupe des patients les plus jeunes, débutant le traitement de suppléance avant l’âge de 2 ans, dont la prise en charge reste un challenge. Nous avons confirmé d’important progrès dans la prise en charge de ces patients en montrant que seul la présence de comorbidités extra-rénales restait associée à une survie inférieure à celle des autres patients en insuffisance rénale terminale. Concernant la durée de vie des greffons, nous avons montré l’importance du matching de taille entre le donneur et le receveur avec un ratio de taille donneur/receveur optimal entre 1.4 et 1.8. De même, nous retrouvons l’importance du matching HLA classe 2 sur la survie du greffon. Nous allons combiner ces facteurs de risques dans un outils de prédiction pour aider les cliniciens dans le choix des greffons et allons réaliser une validation externe de cet outil sur une autre cohorte.A partir des données d’hospitalisation, nous avons montré que les infections sont la première cause d’hospitalisation post-transplantation devant les rejets et les cancers.Enfin, Du fait de la durée de vie limitée des greffons rénaux et de l’amélioration importante de l’espérance de vie, ces jeunes patients ont la particularité de nécessité fréquemment des transplantations répétées plus ou moins précédées de périodes de dialyse. De ce fait, il convient de considérer la trajectoire globale de ces patients afin de maximiser le temps passé avec un greffon fonctionnel et de minimiser le temps passé en dialyse. Nous avons développé un outil de simulation permettant de tester des modifications de stratégies de prise en charges (ex : augmentation du don vivant ou de la transplantation préemptive, modification des exigences de matching HLA) et leurs effets sur la trajectoire des patients. Cet outil sera développé afin de répondre à des questions plus complexes sur des sous-groupes de patients. / Renal transplantation is nowadays recognized as the treatment of choice for end-stage renal disease in children and young adults. It is associated with improved survival, better quality of life and better long-term cost-effectiveness. However, many questions remain considering the optimal management of the patients before transplantation, during the transplantation process and after transplantation. We aim to analyze the care and treatment received by children with chronic kidney diseases, to detect potential disparities in patients’ management and to provide useful tools to help decision-making and treatment planning.We used several data sources including the French renal replacement therapy (RRT) registry (REIN), the European RRT registry (ESPN/ERA-EDTA) and the French National medico-administrative Hospital Discharge database (PMSI).First, we focused on medical and non-medical factors that may induce disparity and found that besides medical factors, female gender was associated with a delayed access to renal transplantation and especially to preemptive transplantation. This might be partially explained by a faster decline of renal function in girls that remains to be explored. Aside for patients’ characteristics, we found that centers’ practices strongly impact patients’ trajectories. It is a main factor both in the choice of the first modality of RRT (hemodialysis or peritoneal dialysis) and in the access to renal transplantation especially through a faster access to the renal transplant waiting list.Then, we focused on the subgroup of the younger patients starting RRT before 2 years old, whose management is particularly challenging. We confirmed the great improvement in the care of those patients with only extrarenal comorbidities being still associated with a poorer survival. Considering renal transplant survival, we assess the importance of a matching in height between the donor and the recipient with an optimal donor/recipient height ratio between 1.4 and 1.8 and the importance of HLA matching especially in class 2. We aim to combine those risk factors in a prediction tool to help clinicians in their choices and will perform an external validation of this tool on another cohort.Based on the hospital discharge data, we studied post-transplant complications requiring a hospitalization and found that infections are the main cause of hospitalization post-transplant, far more frequent than graft rejection or cancer.Finally, given the longevity of children undergoing kidney transplantation, most pediatric recipients will inevitably develop graft failure, requiring a return to dialysis or a second transplant so that one should consider the complete trajectory of the patients and try to maximize the time spent with a functioning transplant and minimize the time spent on dialysis. We developed a simulation tool allowing us to test modifications of treatment strategies (e.i: increase in transplantation from living-donor kidney or in preemptive transplantation, better HLA-matching at first transplantation) and their effect on patients’ trajectories. This tool will be further implemented to answer more complex questions on specific subgroups of patients.

La régénération hépatique après résection hépatique majeure ne se fait pas toujours de la même façon et une partie importante des facteurs déterminants de la régénération pourrait être liée aux constantes hémodynamiques hépatiques.Le but de nos travaux a été d'étudier cette relation en se basant notamment sur les modèles expérimentaux d'hépatectomie chez le gros animal. Nous avons étudié la régénération sur forme de volume mesuré en imagerie, examen anatomopathologique, prolifération des hépatocytes et des vaisseaux dans le parenchyme hépatique jusqu'à une reconstruction 3D du lobule hépatique.Nos résultats indiquent des liens forts entre l'hémodynamique et la qualité de la régénération et laissent entrevoir la possibilité d'agir sur les composantes hémodynamique. / Liver regeneration after liver resection does not occur in the same way in different conditions. A major determining factor of the regeneration could be the hemodynamic environment of the regenerating liver.The aim of our work was to study the relationship between liver regeneration and hemodynamic parameters, based mainly on experimental models of liver resection in large animals. We studied regeneration as CT scan volume, histopathology, hepatocyte proliferation and vessel neoformation inside the liver parenchyma, up to 3D reconstruction of the liver lobule.Our results show important relationships between liver hemodynamics and liver regeneration and let imagine the possibility to modulate hemodynamic parameters in order to modify liver regeneration.

Une stimulation β-adrénergique (β-AR) aigue, par exemple au cours d’un exercice physique, accroît le second messager AMPc dans les cardiomyocytes aboutissant à une cascade d’évènements permettant d’augmenter la fonction cardiaque. Une élévation chronique des taux de catécholamines est délétère puisqu’elle participe au remodelage pathologique du cœur et à la progression vers l’insuffisance cardiaque (IC). L'IC correspond à l'incapacité du cœur à répondre aux besoins hémodynamiques de l'organisme. Si la majorité des patients meurt de défaillance cardiaque, une part importante décède d'arythmies.Les phosphodiestérases (PDEs) sont des enzymes essentielles puisqu’elles permettent non seulement la terminaison des signaux AMPc en dégradant ce nucléotide cyclique en 5’AMP inactif mais aussi l’organisation spatiale de ces signaux dans des compartiments subcellulaires spécifiques. L'IC s'accompagne de profonds remaniements de la voie β-AR et l'expression des PDEs est modifiée en conditions pathologiques, perturbant ainsi la compartimentation intracellulaire de l’AMPc. Il a été notamment démontré que l’expression d’une isoforme de PDE particulière, la PDE4B, diminue dans l'hypertrophie cardiaque et que l’invalidation du gène codant pour celle-ci favorise les arythmies ventriculaires chez la souris lors d’une stimulation β-AR. À l’inverse, l'expression d'une autre enzyme, la PDE2A, est augmentée dans l’IC, chez l’homme et différents modèles animaux. Ceci constituerait un mécanisme de défense lors d'un stress cardiaque puisqu’il a été montré que sa surexpression atténue l’hypertrophie induite par la noradrénaline ou la phényléphrine et limite les arythmies chez la souris.L’objectif de mon travail était de tester l’hypothèse qu’une augmentation de l’activité des PDEs pourrait constituer une alternative aux traitements classiques de l’IC, pour limiter le remodelage hypertrophique, la progression vers l’IC et les arythmies associées. Pour cela, j’ai réalisé une thérapie génique dans des modèles murins d'IC grâce à des virus adéno-associé de type 9 (AAV9) codant pour la PDE4B ou la PDE2A. Mes résultats suggèrent que cette approche pourrait constituer une nouvelle stratégie thérapeutique prometteuse de l'IC en limitant le dysfonctionnement cardiaque, l’hypertrophie du ventricule gauche, et la survenue des arythmies ventriculaires mais seulement lorsque la PDE2A est surexprimée. / Acute stimulation of β-adrenergic receptors (β-ARs), for example during physical activity, leads to the synthesis of the second messenger cAMP in cardiomyocytes, which triggers a cascade of events leading to the increase of cardiac function. While acute β-AR stimulation is beneficial to the heart, chronic β-AR activation is detrimental because it promotes cardiac remodeling and ultimately leads to heart failure (HF). HF is defined by the heart's inability to overcome hemodynamic needs of the body. While the majority of patients die of worsening heart function, a significant proportion dies suddenly of cardiac arrhythmias.Phosphodiesterases (PDEs) are crucial enzymes since they allow not only to terminate cAMP signals by degrading this second messenger into inactive 5’AMP but permit their spatial organization in subcellular compartments. HF is accompanied by profound rearrangements of the β-AR pathway and the expression of PDEs is modified under pathological conditions, thus disrupting cAMP intracellular compartmentation. The expression of one of these enzymes, PDE4B, is decreased in cardiac hypertrophy and the invalidation of the gene encoding PDE4B promotes ventricular arrhythmias under β-AR stimulation in mice. Conversely, the expression of another enzyme, PDE2A, is up-regulated in human and animal models of HF which may constitute an important defense mechanism during cardiac stress since its overexpression attenuates hypertrophy induced by norepinephrine or phenylephrine and limits cardiac arrhythmias.The purpose of my work was to test the hypothesis that an increase of PDE activity could constitute an alternative to conventional HF treatments to limit cardiac remodeling, HF progression and associated arrhythmias. To do so, I performed a cardiac gene therapy in mouse models of HF using serotype 9 adeno-associated viruses (AAV9) encoding for PDE4B or PDE2A. My results suggest that this approach may be a promising new therapeutic strategy during HF by limiting cardiac dysfunction, left ventricular hypertrophy, and could protect ventricular arrhythmias only when PDE2A is overexpressed.

Alors que l’entrée SOC (store-operated Ca2+ entry) portée par les canaux calciques TRPCs (transient receptor potential canonical) et Orai1 est essentielle dans les cellules non-excitables, son rôle physiologique dans les cardiomyocytes adultes reste à élucider. Néanmoins, il est largement admis qu’une entrée SOC exacerbée dépendante des canaux TRPCs et de la protéine régulatrice STIM1 participe à la pathogenèse de l’hypertrophie et de l’insuffisance cardiaque (IC) par induction de voies pro-hypertrophiques telles que la CaMKII (Ca2+/calmoduline-dépendante kinase II ) et la calcineurine (CaN)/NFAT (Nuclear factor of activated T-cells). Au contraire, une inhibition fonctionnelle ou une extinction génique des canaux TRPCs et de la protéine STIM1 serait cardioprotectrice contre le stress hypertrophique. Cependant, le rôle physiopathologique des canaux calciques Orai1 dans le cœur reste, à ce jour, méconnu et débattu puisque son extinction in vitro présente un effet bénéfique contre l’hypertrophie des cardiomyocytes alors que son extinction in vivo présente des effets délétères avec le développement d’une cardiomyopathie dilatée. De plus amples investigations quant au rôle d’Orai1 dans la physiopathologie cardiaque apparaissent donc primordiales. De ce fait, les objectifs de ma thèse sont d’explorer le rôle de la signalisation calcique dépendante d’Orai1 dans le cœur dans des conditions physiologiques et pathologiques grâce à un modèle de souris transgéniques exprimant un mutant non fonctionnel d’Orai1, spécifiquement dans le cœur (dn-Orai1R91W/tTa) et un inhibiteur pharmacologique sélectif, le JPIII. Tout d’abord, nous montrons que les souris dn-Orai1R91W/tTa présentent une fonction cardiaque normale et une homéostasie calcique impliquée dans le couplage excitation-contraction conservée suggérant qu’Orai1 n’a pas de rôle majeur dans le coeur adulte en condition physiologique. Cependant, nous avons démontré une augmentation de l’expression et de l’activité d’Orai1 dans un modèle murin d’hypertrophie cardiaque induite par surcharge de pression, qui serait délétère pour la fonction ventriculaire. Au contraire, l’inhibition fonctionnelle d’Orai1 par manipulation génétique ou par l’outil pharmacologique (JPIII) semble protéger le coeur des dysfonctions ventriculaires au cours de l’hypertrophie. Cet effet bénéfique passerait par une restauration de l’homéostasie calcique et notamment par un maintien de l’expression de la pompe ATPase SERCA2a. Nous avons également mis en évidence que la voie de l’aldostérone/récepteurs aux minéralocorticoïdes modulait l’expression des canaux TRPC1, -C4, -C5 et notamment Orai1 via la protéine SGK1 (Serum and Glucocorticoid-regulated Kinase 1) dans les cardiomyocytes ventriculaires de rat nouveaux-nés. L’activation de cette voie de signalisation pourrait être à l’origine de la surexpression des canaux TRPCs/Orai1 retrouvée au cours de l’hypertrophie cardiaque. Ces travaux décrivent donc Orai1 comme une cible thérapeutique potentielle dans le traitement de l’hypertrophie cardiaque et de l’IC. / While the SOCE (store-operated Ca2+ entry), carried by TRPCs (transient receptor potential canonical) and Orai1 channels, is essential in non-excitable cells, its physiological role in adult cardiomyocytes remains elusive. Nevertheless, it is well established that exacerbated TRPCs/STIM1-dependent Ca2+ entry participates in the pathogenesis of hypertrophy and heart failure (HF) via the induction of pro-hypertrophic signaling pathways, such as CaMKII (Ca2+/calmodulin-kinase II) and calcineurin (CaN)/ NFAT (nuclear factor of activated T-cells). By contrast, functional inhibition or gene silencing of TRPCs and STIM1 is cardioprotective against hypertrophic insults. As for Orai1 Ca2+ channels, their pathophysiological roles in the heart remain unknown and under debate, since in vitro Orai1 silencing has a beneficial effect against cardiomyocyte hypertrophy, whereas in vivo silencing has deleterious effects with the development of dilated cardiomyopathy. Further investigations are necessary to determine the pathophysiological role of Orai1 in the heart. My thesis objectives are to explore the role of Orai1-dependent Ca2+ signaling in the heart under physiological and pathological conditions using a transgenic mouse model expressing a non functional mutant of Orai1, specifically in the heart (dn-Orai1R91W/tTa) and a selective pharmacological inhibitor, JPIII. First, we showed that dn-Orai1R91W/tTa mice have normal cardiac function and conserved Ca2+ homeostasis involved in the excitation-contraction coupling suggesting that Orai1 is not instrumental in regulating cardiac function under physiological conditions. However, we demonstrated an increased Orai1 expression and activity in a mouse model of cardiac hypertrophy induced by pressure overload, which is a maladaptive alteration involved in pathological ventricular dysfunction. By contrast, functional inhibition of Orai1 by genetic manipulation or by the pharmacological tool (JPIII) protects the heart from ventricular dysfunction after pressure overload-induced cardiac hypertrophy. This beneficial effect is related to a restoration of Ca2+ homeostasis and more specifically, is due to preserved ATPase SERCA2a pump expression. We also showed that the aldosterone/mineralocorticoid receptor signaling pathway modulates the expression of TRPC1, -C4, -C5 channels and also the Orai1 channels expression via the SGK1 (Serum and Glucocorticoid-regulated Kinase 1) protein, in neonatal rat ventricular cardiomyocytes. The activation of this signaling pathway could be the cause of the TRPCs/Orai1 channels overexpression found during cardiac hypertrophy. In conclusion, our studies highlighted that Orai1 Ca2+ channels could constitute potential therapeutic target in the treatment of cardiac hypertrophy and HF.

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

Les pathologies de la valve mitrale sont les valvulopathies les plus fréquentes dans le monde occidental. Elles touchent plus de 6% de la population de plus de 65 ans et ont un impact important sur la survie. L'insuffisance mitrale (IM) ischémique est une complication de la maladie coronarienne, fréquente à la suite d'un IDM. Son pronostic est sombre et le type de traitement chirurgical à appliquer demeure controversé. L'approche la plus commune pour répondre à 1TM ischémique est l'annuloplastie restrictive de la valve mitrale (ARVM) combinée au pontage aorto-coronarien. Cependant, la littérature rapporte des taux élevés de persistance d'IM à la suite de l'ARVM et la présence d'IM postopératoire est associée à un mauvais pronostic. Il est donc indispensable d'identifier les patients à haut risque de persistance d'IM après l'ARVM. Nous avons montré que la mesure des paramètres de la géométrie mitrale préopératoire permettait de prédire avec précision la persistance d'IM et le devenir des patients. L'ARVM consiste à implanter un anneau prothétique de petite taille afin de restaurer la coaptation des feuillets. Cependant, cette procédure peut limiter la mobilité des feuillets et causer une obstruction du flot mitral. Nos travaux ont montré que l'ARVM cause chez une proprotion importante de patients, une sténose mitrale fonctionnelle (SMF) associée à une augmentation de la pression artérielle pulmonaire et à une réduction de la capacité fonctionnelle. Nos travaux soulignent que l'ARVM est associée à un taux élevé de persistance/récurrence d'IM et/ou de SMF. Il est donc important d'identifier les patients à haut risque d'échec de l'ARVM et de développer de nouvelles techniques visant à mieux corriger PIM, sans induire de SMF. Lorsque la valve mitrale n'est pas réparable, le remplacement valvulaire mitral (RVM) est la seule solution. Une de nos étude a démontré que la présence de disproportion patientprothèse (DPP) après un RVM a un impact hémodynamique délétère et est associée à un taux de survie à long terme diminué. Ces travaux soulignent que lorsque le RVM est inévitable, il est important d'appliquer une stratégie afin d'éviter ou, tout du moins, de diminuer la sévérité de la DPP.

L’hypertrophie cardiaque (HC) constitue un remodelage du myocarde lors d’un stress hémodynamique chronique. Dans des circonstances pathologiques, elle peut mener à l’insuffisance cardiaque (IC). L’IC, un syndrome incurable, a un taux de mortalité à 5 ans de près de 50%. Deux catégories d’HC sont possibles : concentrique, où un épaississement des parois ventriculaires se produit et excentrique, où la cavité ventriculaire s’élargit tout en épaississant proportionnellement ou non ses parois. Une phase terminale de l’HC est la forme dilatée ou décompensée : la cavité s’élargit et les parois s’amincissent. Le remodelage cardiaque diffère selon le sexe et la présence d’hormones sexuelles. Généralement, les hommes développent une HC dilatée progressant rapidement vers l’IC, alors que les femmes ont une HC concentrique progressant plus lentement vers l’IC. La régurgitation de la valve aortique (AR) entraîne une surcharge de volume (SV) au ventricule gauche (VG) causant une hypertrophie excentrique. Pour étudier l’influence du sexe et des hormones sexuelles dans l’HC en SV, nous avons induit une AR chez des rats mâles et femelles, avec ou sans gonadectomie et les avons suivis 26 semaines. L’hypothèse était que les femelles développeraient une HC compensée, c’est-à-dire sans perte de fonction cardiaque, alors que les mâles développeraient une HC dilatée associée à une perte de fonction cardiaque. Ce dimorphisme s’expliquerait en partie par les hormones sexuelles. Des analyses échocardiographiques et tissulaires ont montré que la masse indexée des coeurs des femelles AR était plus importante que celle des mâles AR (4.4 mg/g vs 2.5 mg/g respectivement, p<0,05), mais que ces derniers développaient davantage de changements transcriptionnels en lien avec le métabolisme énergétique. L’orchidectomie a induit une diminution du gain de masse cardiaque lors de l’AR et une potentielle amélioration de la survie, en plus d’une stabilisation du profil transcriptionnel comparable aux femelles AR. L’ovariectomie a quant à elle diminué le gain de masse cardiaque en AR, sans affecter l’expression génique. Bref, les oestrogènes influenceraient le gain de masse cardiaque chez les femelles, alors que les androgènes défavoriseraient une HC compensée chez les mâles et induiraient un profil transcriptionnel associé à une altération du métabolisme énergétique myocardique. / Heart remodeling during chronic hemodynamic stress is called cardiac hypertrophy (CH). CH frequently precedes heart failure (HF), a disease with a mortality rate of approximately 50% at five years. There are two main types of CH: concentric, which is characterized by thickening of ventricular walls and eccentric, where there is an enlargement of the ventricular cavity and proportional (or not) thickening of ventricular walls. CH can evolve toward a dilated form where enlargement of ventricular cavity is not compensated by a thickening of chamber walls. CH differs between the sexes and is influenced by gonadal hormones. In general, men develop dilated CH evolving more rapidly towards HF. CH in women is more concentric and gradually evolve towards HF. Aortic valve regurgitation (AR) causes a volume overload (VO) in the left ventricle (LV) and precipitates its hypertrophy. We induced an AR in male and female rats, which were gonadectomized or not, in order to study the influence of biological sex and gonadal hormones in CH development during VO. Animals were followed for 26 weeks. Our first hypothesis was that CH would be more compensatory in females than in males. Males would lose cardiac function and develop dilated HC. Our second hypothesis was that steroid hormones could explain a part of CH sexual dimorphism. Echocardiographic and ventricular tissue analysis showed that indexed heart mass of AR females was more important than in males (4.4 mg/g vs. 2.5 mg/g respectively, p<0,05). However, AR males developed more transcriptional changes than AR females, especially in genes implicated in energy metabolism, extracellular matrix remodeling and mitochondrial function and biogenesis. Orchiectomy, which suppresses androgen secretion in male rats, decreased heart gain of mass in response to AR, stabilized the transcriptional profile, which became similar to AR females, and tended to increase survival. Ovariectomy, which suppresses estrogen secretion in female rats, also decreases CH in response to AR, without affecting gene expression. This leads us to conclude estrogens would essentially promote hypertrophy in females, whereas androgens would disadvantage males by inducing CH with poor compensatory properties and changes in the transcriptional profile resulting in an altered energy metabolism.