L’insuffisance rénale aiguë (IRA) est une dysfonction d’organe fréquente. Alors que la fonction rénale récupère le plus souvent, on sait depuis 2009 que le pronostic rénal est malgré tout engagé à long terme. L’objectif de ce travail est d’étudier les mécanismes de réparation pathologique de l’épithélium tubulaire afin de mieux comprendre les conséquences à long terme d’un épisode d’IRA.Le parcours des patients après IRA a été transposé dans un modèle à deux agressions (souris C57Bl6/J) : ischémie-reperfusion rénale, suivie à distance par l’administration continue d’angiotensine 2. L’agression aiguë a été calibrée pour obtenir une récupération fonctionnelle et une histologique (microarchitecture normale à la fin du processus de réparation). La fibrose rénale sous angiotensine 2 était plus importante après un antécédent de nécrose tubulaire ischémique résolutive. En isolant les cellules du tube proximal différenciées, une reprogrammation durable du métabolisme et une probable compartimentalisation de la fibrogénèse ont été mises en évidence.L’hypothèse d’un mécanisme épigénétique, faisant le lien entre ischémie-reperfusion et fibrose à distance, a été explorée. Des modifications d’acétylation des histones dans les cellules tubulaires ont été constatées sur des biopsies des greffons humains en post-IRA. Ces modifications ont été reproduites chez la souris et modélisées in vitro après hypoxie-réoxygénation sur une culture primaire de cellules tubulaires. L’acétylation du locus du gène du micro-ARN miR21, dont les cibles sont impliquées dans la progression de la fibrose, est augmentée après ischémie-reperfusion et associée à son induction. / Acute kidney injury (AKI) is a frequent organ dysfunction. While renal function generally recovers, it has been shown since 2009 that AKI carries a poor long-term renal prognosis. The objective of this study was to investigate the maladaptive repair of the tubular epithelium in order to better understand the long-term consequences of AKI. The course of patients after AKI was transposed into a two-hit animal model (C57Bl6/J mice): renal ischemia-reperfusion, followed by continuous administration of angiotensin 2. AKI was calibrated so as to obtain full functional recovery and normal microarchitecture after ischemic tubular necrosis. There was greater renal fibrosis under angiotensin 2 after a history of resolving ischemic tubular necrosis. By isolating differentiated proximal tubular cells, sustained metabolism reprogramming and compartmentalization of fibrogenesis were highlighted. The hypothesis of an underlying epigenetic mechanism, linking ischemia-reperfusion to fibrosis, was explored. Histone post-translational modifications (H3K18 acetylation) in tubular cells were found in human graft biopsies. These changes were reproduced in mice and modeled in vitro after hypoxia-reoxygenation on a primary culture of tubular cells. Histone acetylation peaked at the locus of the miR21 microRNA gene, whose targets are involved in the progression of fibrosis, and was implicated in miR21 expression following our model of AKI.

Au sein du laboratoire, par une stratégie de conception de médicaments par la méthode des fragments, nous avons généré une nouvelle famille d'inhibiteurs de cyclophilines, les SMCypI (« Small-Molecule Cyclophilin Inhibitors »), non liée aux autres inhibiteurs de cyclophilines existants. Les cyclophilines sont des protéines cellulaires impliquées dans un grand nombre de processus biologiques. Toutefois, les inhibiteurs de cyclophilines disponibles possèdent de nombreux inconvénients qui rendent leur utilisation clinique difficile. Au cours de ma thèse nous nous sommes intéressés au développement des SMCypI dans deux domaines en particulier, la Virologie et l’Hépatologie.Dans le domaine de la Virologie, les cyclophilines sont impliquées dans la réplication de plusieurs virus et constituent donc une cible de choix dans le développement d'antiviraux à large spectre. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la caractérisation de l’activité antivirale de ces molécules sur le virus de l’Hépatite C, avec comme objectif de démontrer leur activité pangénotypique, leur haute barrière à la résistance, leur mécanisme d’action et leur activité antivirale à large spectre pour d’autres virus de la famille des Flaviviridae.Dans le domaine de l’Hépatologie, les lésions d’ischémie-reperfusion hépatique sont rencontrés pendant la chirurgie hépatique et la transplantation hépatique. La mitochondrie est un acteur majeur via l’ouverture du pore de transition de perméabilité mitochondrial. L’ouverture du pore est modulée par la cyclophiline D. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les effets des SMCypI sur cette deuxième cible. Cela nous a permis de démontrer leur effet hépatoprotecteur dans un modèle murin d’ischémie-reperfusion hépatique.L’ensemble de ces résultats ouvre la porte pour le concept des antiviraux à large spectre, et l’utilité dans le domaine de l’hépatologie comme molécules hépatoprotectrices.... / In our laboratory we previously reported a rational design of a new family of smallmolecule cyclophilins inhibitors, SMCypI, unrelated to other cyclophilins inhibitors by means of a complex fragment-based drug discovery approach. Cyclophilins are cellular proteins involved in multiple biological processes. Unfortunately, different disadvantages have limited their clinical development. The aim my thesis was to study the SMCypI in two particulars fields, Virology and Hepatology.In the field of Virology, cyclophilins inhibitors are involved in viral replication of multiple viruses, which make them a convenient target for the development of “broad-spectrum antivirals”. Here, we first characterized the pangenotypic anti-HCV activity of this new family of SMCypI, with high resistance barrier. We studied its mechanism of action andits broad antiviral activity on other members of the Flaviviridae family.In the field of Hepatology, ischemia-reperfusion injuries occur during liver surgery and liver transplantation. Mitochondria play a central role in the opening of mitochondrial permeability transition pore. The opening of this pore is mainly regulated by cyclophilin D. The aim of the second part of our work was to demonstrated a hepatoprotective effect of the SMCypl in a murine model of hepatic ischemia reperfusion injury.Overall, these results are leading the way to the development of broad-spectrumantiviral drugs and their use in hepatology as hepatoprotective drugs....

Le récepteur CD36 est impliqué dans le transport des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Les dommages tissulaires et la dysfonction cardiaque observés après une ischémie-reperfusion (I/R) du myocarde sont en partie liés à l’internalisation et au métabolisme oxydatif accrus des AGNE dont la concentration sanguine augmente transitoirement après un infarctus du myocarde, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36. Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur contre les dommages induits par une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de vérifier l’effet cardioprotecteur du EP 80317 et 2) de définir son mécanisme, plus précisément de documenter l’effet du traitement sur le métabolisme lipidique. À cette fin, des souris de type sauvage ont été traitées par le EP 80317 (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. Le cœur et les tissus périphériques (foie, muscle squelettique et dépôts adipeux) ont été prélevés pour déterminer le profil de certains gènes impliqués dans la régulation du métabolisme lipidique. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le EP 80317 est associé à une augmentation transitoire du stockage des triglycérides et d’une réduction des AGNE circulants. / The CD36 receptor is involved in the transport of non-esterified fatty acids (NEFA) in cardiac and peripheral tissues. Tissue injury and cardiac dysfunction are in part due to acute internalization and oxidative metabolism of NEFA which concentration rises transiently in the blood following myocardial infarction, in opposition to what is observed in CD36-deficient mice. We hypothesized that EP 80317, a synthetic ligand of the CD36 receptor, provides cardioprotective effect against injuries induced by transient myocardial ischemia. Our objectives were 1) to verify the cardioprotective effect of EP 80317 and 2) to define its mechanism, more precisely to investigate the mechanisms of the treatment on lipid metabolism. For this purpose, wild-type mice were treated with EP 80317 (289 nmol/kg) subcutaneously for 14 days before being submitted to 30 minutes of ischemia following left anterior descending coronary artery ligature and reperfusion for a period of 6 or 48 hours. Heart and peripheral tissues (liver, skeletal muscle and adipose tissue) were harvested to determine the profile of selected genes involved in the regulation of lipid metabolism. Our work has shown that the cardioprotective effect of a pretreatment with EP 80317 is associated with a transient increase of triglycerides storage and reduced circulating NEFA.

L’infarctus du myocarde (IC) représente plus de 15 % de la mortalité mondiale liés aux maladies cardiovasculaires (MC). En absence d’une rapide reperfusion des coronaires occluses, aucune intervention thérapeutique n’est capable de limiter les effets délétères de l’IC. Un des moyens les plus efficaces de la cardioprotection, étudié en recherche, est le préconditionnement cardiaque ischémique (PCI). L’adénosine libérée au cours du PCI active via ces récepteurs P1 les voies de cardioprotection. Des études mettent en évidence également l’implication des purinorécepteurs P2Y dans la cardioprotection. Les récepteurs P2Y2, 4 et 6 sont les plus étudiés dans la cardioprotection. Les récepteurs P2Y sont sensibles aux nucléotides comme l’ATP et l’UTP libérés au cours de l’ischémie. Parmi les récepteurs P2Y seul le récepteur P2Y11 est doublement couplé à l’adénylate cyclase et à la phospholipase C (PLC). Il est également le seul récepteur dont le polymorphisme génétique, induisant une perte du signal métabotropique, prédispose à plus de risques d’IC et d’inflammation dans toutes les catégories d’âge indépendamment des facteurs de risques variables de l’IC (Amisten et al., 2007). Ceci suggère un important rôle du récepteur P2Y11 dans la prévention primaire et comme cible thérapeutique de l’infarctus du myocarde. Le β-NAD, nucléotide à base de pyridine, est libéré au cours de l’ischémie comme les médiateurs de cardioprotection notamment l’adénosine, l’ATP et l’UTP. Cependant, aucune étude ne s’est intéressée spécifiquement aux rôles du P2Y11 et des nucléotides pyridiniques, comme médiateurs, dans la cardioportection alors que le NAADP, un métabolite du β-NAD, est rapporté comme agoniste (Moreschi et al., 2008) du récepteur P2Y11. Dans ce travail, nous avons mis en évidence pour la première fois l’augmentation des concentrations interstitielles des métabolites du β-NAD comme le NAADP au cours de l’ischémie. L’augmentation des concentrations du NAADP décrit une cinétique comparable à celle de l’adénosine. Le NAADP extracellulaire ([NAADP]e), appliqué avant un cycle d’ischémie/reperfusion (I/R), déclenche une cardioprotection envers les effets délétères de l’I/R. En effet, le [NAADP]e améliore les fonctions contractiles, réduit les contractures, les arythmies de reperfusion et la taille de l’infarctus, dans un modèle d’I/R cardiaque chez le rat. Ce préconditionnement pharmacologique induit par le [NAADP]e implique les récepteurs P2Y11-like. Dans un modèle de cardiomyocytes, nous mettons en évidence l’activité métabotropique spécifique du récepteur P2Y11-like déclenché par le [NAADP]e. Le [NAADP]e déclenche via le récepteur P2Y11-like l’activation de la PKCε, ERK1/2, AKT et GSK-3β, des protéines kinases de prosurvie cellulaire, ce qui explique ses effets cardioprotecteurs. La phosphorylation des protéines de prosurvie cellulaire nécessite la médiation de la PKA, de la PLC et de la src. Le NF546, un nouvel agoniste sélectif du récepteur P2Y11, déclenche une activité métabotropique semblable à celle du [NAADP]e, confirmant ainsi l’existence fonctionnelle du récepteur P2Y11-like au niveau des cardiomyocytes de rat. L’activation du récepteur P2Y11-like, que ce soit par le [NAADP]e ou le NF546, induit une augmentation des concentrations intracellulaires du β-NAD et de ses métabolites, le NADP, le NAADP, le NAAD et l’ADP ribose cyclique. Le β-NAD, le NAADP comme le NAAD, ont été impliqués dans le déclenchement au niveau intracellulaire des voies de cardioprotection comme la voie des sirtuines et de l’autophagie. Ces mécanismes peuvent être complementaires de l’effet cardioprotecteur du [NAADP]e. L’ensemble de nos données conforte le rôle cardioprotecteur du récépteur P2Y11 et suggère que le NAADP interstitiel accumulé au cours de l’ischémie pourrait avoir un rôle de facteur paracrine de survie cellulaire améliorant la survie des cardiomyocytes au cours des évènements ischémiques. / Myocardial infarction (MI) accounts for more than 15 % of global deaths related to cardiovascular diseases (CD). In the absence of a prompt reperfusion of occluded coronary arteries, none of therapeutic interventions is able to limit the deleterious effects of MI. One of the most effective means of cardioprotection, studied in research, is the ischemic cardiac preconditioning (ICP). Adenosine released during ICP triggers, via P1 receptors, cardioprotective effects. Involvement of the purinoceptors (P2Y) in cardioprotective effects has been also reported. P2Y2,4,6 receptors, the most studied P2Y receptors in cardioprotection, are activated by the nucleotides released during ischemia such as ATP and UTP. Among the P2Y receptors, P2Y11 is dually coupled to Gs and Gq proteins and is the single P2Y receptor which has been linked, via a genetic polymorphism, to an increased risk of acute myocardial infarction and elevated levels of C-reactive protein in humans in all age groups (Amisten et al., 2007). This suggests for the P2Y11 receptor an important role in primary prevention and as a therapeutic target of the P2Y11 receptor for myocardial infarction. β-NAD, a pyridine nucleotide, is released during ischemia like adenosine, ATP and UTP. However, no study has focused on the roles of P2Y11 receptor and pyridine nucleotide in mediating cardioprotective effects while NAADP, a β-NAD metabolite, has been reported as an agonist (Moreschi et al., 2008) of the P2Y11 receptor. In this work, we show, for the first time, increased interstitial concentrations of NAADP during ischemia. Interstitial kinetics of NAADP is similar to adenosine. Using a pharmacological preconditioning protocol, triggered by extracellular NAADP ([NAADP]e) before a prolonged ischemia/reperfusion (I/R), rat hearts rapidly recovered post-ischemic contractile function and displayed attenuated contracture, infarct size and arrhythmogenesis. This pharmacological preconditioning involves the P2Y11-like receptor. In cardiomyocytes culture, [NAADP]e induces specific metabotropic response of the P2Y11-like receptor. [NAADP]e triggers via the P2Y11-like receptor prosurvival protein kinases activation such as PKCε, ERK1/2, AKT and GSK-3β which explains its protective effects. Phosphorylation of prosurvival protein kinases requires the mediation of PKA, PLC and src. As with [NAADP]e, the NF546, a new selective agonist of P2Y11 receptor, triggers a metabotropic activity, thus confirming the functional existence of P2Y11-like receptor in rat cardiomyocytes. Activation of the P2Y11-like receptor, either by [NAADP]e or NF546 induced an increase in intracellular concentrations of β-NAD and its metabolites, NADP, NAADP, NAAD and cyclic ADP ribose. More, β-NAD, NAADP as well as NAAD have been involved in activation of cardioprotective pathways such as sirtuine pathways and autophagy. Taken together, our data demonstrate for the first time that the P2Y11 receptor mediates cardioprotective effects induced by [NAADP]e. NAADP is released during ischemia suggesting that [NAADP]e may act as a paracrine survival factor, prolonging cardiomyocytes lifespan during ischemic events.

Implication du PTP dans la mort cellulaire β pancréatique L'hyperglycémie, l'hyperfructosémie et l'ischémie-reperfusion sont délétères pour la viabilité cellulaire β pancréatique, jouant un rôle majeur dans la perte de la masse cellulaire β. Le pore de transition de perméabilité mitochondriale (PTP) est un canal mitochondrial impliqué dans le déclenchement de la mort cellulaire. Des données récentes montrent l'implication du PTP et du stress oxydant dans la toxicité induite par l'ischémie-reperfusion sur cardiomyocytes et également dans la glucotoxicité induite sur cellules endothéliales. La première partie de notre étude a visé à étudier l'implication de l'ouverture du PTP dans la mort cellulaire des cellules INS-1 et des îlots pancréatiques humains soumis à de fortes concentrations de glucose et de fructose. Nous démontrons que l'incubation des cellules INS-1 et des îlots pancréatiques humains en présence de 30 mM de glucose ou 2,5 mM de fructose déclenche une ouverture du PTP et induit la mort cellulaire. La metformine et la Cyclosporine A (CsA) préviennent l'ouverture du PTP et la mort cellulaire induite par le glucose et le fructose. La deuxième partie de notre travail montre que l'exposition des INS-1 à une heure de carence en substrat concomitante d'une hypoxie, suivie d'une restauration des conditions basales conduit à l'ouverture du PTP et à une majoration drastique de la mort cellulaire. Ces deux évènements sont totalement prévenus par l'incubation préalable par la CsA et la metformine mais aussi par la N-Acétyl-Cystéine (NAC) ou par l'exposition à une anoxie, soulignant ainsi le rôle fondamental du stress oxydant dans le déclenchement de l'ouverture du PTP et de la mort cellulaire. Nous montrons qu'au cours de l'ischémie-reperfusion simulée, la production de superoxide est bi-phasique : nous décrivons un premier pic de production au cours de la carence en substrat, lié à un flux reverse d'électrons au sein du complexe I de la chaîne respiratoire. Ce premier pic est suivi d'un deuxième pic de production après la restauration du niveau de substrats et d'O2, lié à l'ouverture du PTP. La NAC, l'anoxie ou la metformine préviennent les deux pics de production de superoxide tandis que la CsA prévient seulement le second pic. Enfin, nous montrons que l'hypoxie seule n'induit ni stress oxydant, ni ouverture du PTP ni mortalité cellulaire. L'ensemble de notre travail démontre le rôle central du PTP dans la gluco-fructotoxicité et dans la toxicité induite par l'ischémie-reperfusion sur la cellule β pancréatique. Ainsi, prévenir l'ouverture du PTP peut-être une approche intéressante pour préserver la viabilité cellulaire β. / PTP involvement in β pancreatic cell death Hyperglycemia, hyperfructosemia and ischemia-reperfusion play a major role in the progression of β cell loss in diabetes mellitus. The permeability transition pore (PTP) is a mitochondrial channel involved in cell death. PTP opening and oxidative stress have been shown to be involved in ischemia-reperfusion injury on cardiomyocytes and in hyperglycemia-induced cell death in endothelial cells. In the first part of this work, we have examined the involvement of PTP opening in INS-1 cells and human pancreatic islets cell death induced by high levels of glucose or fructose. We first reported that Metformin and Cyclosporin A (CsA) prevented Ca2+-induced PTP opening in permeabilized and intact INS-1 cells. We then shown that incubation of INS-1 cells and human islets in the presence of 30 mM glucose or 2.5 mM fructose induced PTP opening and led to cell death. Because both Metformin and CsA prevented glucose and fructose induced PTP opening, and hampered glucose and fructose induced cell death, we conclude that PTP opening is involved in high glucose and high fructose induced INS-1 and human islets cell death. We therefore suggest that preventing PTP opening might be a new approach to preserve β cell viability. In the second part of the work, we demonstrate that the incubation of INS-1 cells in the absence of energy substrates in hypoxic condition for 1 hour followed by incubation in normal condition led to PTP opening and to a dramatic increase in cell death. Both events were totally prevented when PTP opening was inhibited by either Cyclosporin A (CsA) or Metformin or when the cells were incubated in the presence of the antioxidant N-acetyl-cystein (NAC), in anoxia, highlighting the implication of oxidative stress is the commitment of PTP opening. Superoxide production increased during the removal of energy substrates, due to reverse electron flux through complex I and again increased when normal energy substrate and O2 were restored, due to PTP opening. NAC, anoxia or Metformin prevented the two phases of oxidative stress, while CsA prevented only the second one. Hypoxia alone did not induce oxidative stress, PTP opening or cell death. Our work demonstrates the implication of PTP opening in ischemia-reperfusion injury and gluco- fructotoxicty in β pancreatic cells. We therefore suggest that preventing PTP opening might be a new approach to preserve β cell viability.

Les complications cardiovasculaires au décours du syndrome métabolique ou le diabète, sont une conséquence directe de l'installation d'un stress oxydant, dont la progression est associée à une augmentation de la production de radicaux libres et des composés de dégradation des molécules biologiques, parallèlement à une diminution des défenses antioxydantes. Ces pathologies, enjeux important de santé publique, suscitent la recherche de méthodes de prévention ou de traitement. Dans ce contexte notre 1er objectif a été de développer deux modèles chez le rat, mimant les conditions du syndrome métabolique et du diabète, le premier par administration d'un régime ou d'une boisson riches en fructose, le deuxième étant induit par voie chimique. Notre 2ème objectif a été de préparer des extraits riches en phycocyanines d'un antioxydant naturel, la spiruline, et de les évaluer dans ces deux modèles expérimentaux. Les résultats ont montré l'effet bénéfique de la spiruline sur la diminution de la glycémie, l'amélioration de l'insulinémie et du profil lipidique, ainsi que sur le renforcement des défenses antioxydantes et l'amélioration de la récupération fonctionnelle du myocarde après ischémie/reperfusion. Notre 3ème objectif a été de d'évaluer la capacité antioxydante et cardioprotectrice de nouveaux dérivés polyphénoliques. Une trentaine de nouveaux flavonols ont été isolés au Laboratoire, les meilleurs résultats ont été obtenus avec ceux portant un groupement ionisable en C6, et des groupements méthoxy en C3' et C5', apportant une meilleure solubilité et une plus faible cytotoxicité. / Cardiovascular disorders related to metabolic syndrome or diabetes are a direct consequence of the installation of oxidative stress, which progress is associated with free radicals overproduction and increase of biomolecules degradation, in parallel with lowered antioxidant defenses. These pathologies represent a considerable public health problem, and research to improve prevention and treatment is strongly encouraged. In this context, our 1st objective was to develop two models in vivo, mimicking on rats metabolic syndrome and diabetes conditions, one by administration of a fructose-enriched diet or drink, the second being chemically induced. Our 2nd objective was to prepare phycocyanine-rich extracts of spirulina, a natural antioxidant, and to evaluate their properties on the two experimental animal models. Results showed the beneficial effect of spirulina on glycemia decrease, insulinemia improvement and lipid profile, accompanied by and increase of the antioxidant defenses and an improvement of myocardial functional recovery after ischaemia/reperfusion. Our 3rd objective was of to evaluate the antioxidant and cardioprotective capacities of new polyphenol derivatives. Around thirty new flavonols have been isolated in our Laboratory; best results were obtained with molecules bearing an ionizable group in C6 position, and methoxy groups in C3' and C5', leading to better solubility and lower cytotoxicity. Finally, the 4th objective was to quantify the therapeutic and cardioprotective potential of hybrid compounds, associating an antioxidant pattern with an antidiabetic molecule.

La progression de l'incidence de l'insuffisance rénale chronique dans le monde nécessite d'améliorer les mesures visant à ralentir sa progression et son évolution vers l'insuffisance rénale terminale. Le régime pauvre en protéines ou la prévention des épisodes d'ischémie- reperfusion appartiennent à ces mesures de néphroprotection mais leur bénéfice n'est qu'incomplètement compris. Le rein étant un des organes les plus vascularisé, rapporté à son poids, l'évaluation concomitante de la perfusion rénale ([15O]H2O), du métabolisme oxydatif ([11C]acetate) puis du contenu tissulaire en oxygène (BOLD-IRM) est fondamentale dans la mesure où ces trois mesures ne sont pas corrélées de manière linéaire. La TEP-IRM, appareil hybride combinant les fonctionnalités de la TEP et de l'IRM, permet une évaluation concomitante de ces trois paramètres de manière non invasive et sur rein isolé ce qui permet de l'utiliser en recherche clinique pour l'évaluation de l'effet de différentes interventions. Les régimes pauvres en protéines ont démontré qu'ils permettaient un ralentissement du déclin de la fonction rénale mais le mécanisme à l'origine de cet effet bénéfique n'est pas connu. Nous avons démontré que le contenu en AGE (Advanced Glycation End Products ou protéines modifiées) d'une charge protéique était responsable de la mobilisation de la réserve fonctionnelle rénale avec une augmentation de la perfusion et du métabolisme oxydatif plus importants après une charge protéique riche en AGE par rapport à une charge protéique pauvre en AGE. Nos résultats permettent de s'interroger sur l'intérêt d'une alimentation pauvre en AGE pour les insuffisants rénaux chroniques au-delà d'une restriction protéique pure. La prévention des épisodes d'ischémie- reperfusion est également particulièrement importante dans le cadre de la néphroprotection alors que la revascularisation d'une sténose de l'artère rénale s'accompagne obligatoirement de lésions de reperfusion. L'utilisation de la ciclosporine avant la dilatation d'une sténose de l'artère rénale dans le cadre d'un pré conditionnement a permis de réduire les lésions rénales chez la souris mais ce bénéfice clinique n'a pas été démontré chez l'homme. L'étude CICLOSAAR qui a pour but d'évaluer le bénéfice d'un pré conditionnement par la ciclosporine A avant dilatation d'une sténose de l'artère rénale sur des paramètres fonctionnels rénaux (perfusion, métabolisme oxydatif et contenu tissulaire en oxygène) est en cours. Dans un second temps et afin d'améliorer l'applicabilité clinique de ces techniques d'imagerie fonctionnelle, nous avons démontré que l'acétate, qui était jusque-là utilisé comme un marqueur de métabolisme oxydatif, pouvait également être utilisé comme un marqueur de perfusion rénale grâce à la modélisation de son uptake par le rein. Au total, la TEP- IRM est un outil fondamental pour l'évaluation des paramètres fonctionnels rénaux de manière non invasive chez l'humain. La mise en évidence de l'impact du contenu en AGE sur la perfusion et le métabolisme rénal devrait permettre d'affiner nos conseils diététiques aux insuffisants rénaux pour prévenir la progression de la maladie vers l'insuffisance rénale terminale. L'étude CicloSAAR actuellement en cours devrait permettre d'améliorer les mesures mises en oeuvre pour protéger le rein des lésions de reperfusion après dilatation d'une sténose de l'artère rénale. Enfin, nos résultats sur la forte corrélation entre les données de perfusion en acétate et en eau devraient permettre d'utiliser ce traceur pour obtenir la perfusion et le métabolisme oxydatif à l'issue d'une seule injection de radio-traceur et renforcer l'applicabilité clinique de ces techniques / The increase in the incidence of chronic renal failure worldwide requires improvements in measures to slow its progression to end-stage renal failure. The low-protein diet or the prevention of episodes of ischemia-reperfusion belong to these measures of nephroprotection but their benefit is only incompletely understood. The kidney is one of the most vascularized organs, compared to its weight, the concomitant evaluation of renal perfusion ([15O] H2O), oxidative metabolism ([11C] acetate) and tissue content in oxygen (BOLD-IRM) is fundamental in that these three measures are not linearly correlated. PETMRI, a hybrid device combining the functionalities of PET and MRI, allows a concomitant evaluation of these three parameters in a non-invasive and isolated kidney way which allows to use it in clinical research for the evaluation of the effect of different interventions. Low-protein diets have been shown to slow down the decline in renal function, but the mechanism behind this beneficial effect is not known. We have demonstrated that the AGE (Advanced Glycation End Products) content of a protein load is responsible for the mobilization of the renal functional reserve with an increase in perfusion and oxidative metabolism after a high- AGE high- protein compared to a low- AGE high- protein load. Our results make it possible to question the interest of a low-AGE diet for chronic renal insufficiency beyond a pure protein restriction. The prevention of episodes of ischemia reperfusion is also particularly important in the context of nephroprotection, whereas the revascularization of a stenosis of the renal artery is necessarily accompanied by reperfusion injury. Use of ciclosporin prior to dilation of renal artery stenosis in pre-conditioning reduced renal damage in mice, but this clinical benefit has not been demonstrated in humans. The CICLOSAAR study, which aims to evaluate the benefit of pre-conditioning with ciclosporin before dilation of renal artery stenosis with renal functional parameters (perfusion, oxidative metabolism and tissue oxygen content) is in progress. In a second step and to improve the clinical applicability of these functional imaging techniques, we have shown that acetate, which was previously used as a marker of oxidative metabolism, could also be used as a marker of renal perfusion through the modeling of its uptake by the kidney. In total, PET-MRI is a fundamental tool for the evaluation of renal functional parameters in a non-invasive way in humans. Demonstrating the impact of the AGE content of a protein load on perfusion and renal metabolism should help refine our dietary advice to patients with chronic kidney disease to prevent progression of the disease to end-stage renal failure. The current CicloSAAR study is expected to improve the measures implemented to protect the kidney from reperfusion injury after dilatation of renal artery stenosis. Finally, our results on the strong correlation between acetate and water perfusion data should allow this tracer to be used to obtain perfusion and oxidative metabolism after a single radio tracer injection and reinforce clinical applicability of these techniques

En préservation-transplantation rénale, l’ischémie-reperfusion (IR) induit inflammation, fibrose, dysfonction et perte du greffon. Les événements d’IR sont de mieux en mieux identifiés, mais leurs complexité limite prédiction et thérapeutique. A partir d’une analyse bibliographique détaillée, nous proposons un modèle par agents de la réponse rénale aux lésions d’IR au niveau cellulaire/tissulaire, réalisé avec l'outil de modélisation NetLogo.Dans un premier temps, nous développons un modèle dynamique de l’oxygénation du cortex rénal, avec apport et diffusion de l’oxygène (O2), et consommation dépendant de la filtration. Nous adaptons ce modèle à l’état stationnaire pour l’O2, puis nous couplons les niveaux de PO2 à l'état énergétique (ATP) des cellules épithéliales et endothéliales (avec voies aérobie et anaérobie). Le statut de viabilité cellulaire est lié au niveau d'ATP, aboutissant à une représentation semi-phénoménologique de la réparation/survie vs apoptose/nécrose. Enfin, nous explorons le destin cellulaire et tissulaire lors d’IR simulées, avec l’ajout progressif d’éléments clefs de l’inflammation (invasion tissulaire par leucocytes, signaux lésionnels, phagocytose) et de la fibrose (fibroblastes, collagène). L’évolution du modèle vers la résolution de l’inflammation/régénération du tissu ou vers la fibrose tissulaire est observée selon les conditions imposées (durée/intensité, ischémie vs hypoxémie).Cette construction constitue le premier modèle des effets de l’oxygénation sur la dynamique cellulaire-tissulaire de l’inflammation-fibrose rénale en réponse à l’IR. A terme, elle permettra d'aborder clinique et thérapeutique de la conservation-transplantation rénale. / In renal preservation-transplantation, ischemia-reperfusion (IR) causes graft inflammation and fibrosis, dysfunction and loss. Events involved in IR injury grow identified, but their intricacy hampers prediction and therapeutics. Based on a detailed bibliographical analysis, we propose an Agent-Based Model of renal response to IR injury at cell and tissue levels, created with the modeling tool NetLogo.First, we develop and validate a dynamic model of the oxygenation of the renal cortex, featuring blood perfusion, oxygen diffusion, and oxygen consumption (driven by sodium filtered load and transport). We then adapt this model to oxygen steady-state, and PO2 level is coupled to energetic status (ATP) in epithelial and endothelial cells (aerobic and anaerobic pathways). Cell viability is coupled to ATP level, leading to a semi-phenomenological representation of repair/survival versus apoptosis/necrosis. Finally, we explore (and verify) cell and tissue fate during simulated IR sequences, with the gradual addition of key elements of inflammation (leukocytes infiltration, injury signals, phagocytosis) and fibrosis (fibroblasts, collagen). Model evolution toward the resolution of inflammation/tissue regeneration or toward tissue fibrosis is observed along imposed conditions (duration/intensity, ischemia vs hypoxemia). Results are compared to experiments from our laboratory.This construction is the first model of the effects of oxygenation on cell-tissue dynamics during renal inflammation-fibrosis response to IR. Ultimately, it will allow to address clinical and therapeutic aspects of renal transplantation and conservation.

Les lésions d’Ischémie/Reperfusion (I/R) contribuent à la physiopathologie de l’infarctus du myocarde. Le stress induit par l’I/R entraîne la mort des cardiomyocytes, une forte réponse inflammatoire de type stérile et la mise en place d’un processus de réparation impliquant les fibroblastes cardiaques. Il a précédemment été montré au laboratoire que l’activation du récepteur purinergique P2Y11 par l’ATP diminuait la sécrétion d’IL-6 et d’IL- 12 par la cellule dendritique (DC), permettant une diminution de la polarisation vers une réponse adaptative Th1. Nous avons donc émis l’hypothèse que la signalisation purinergique pouvait également moduler la mortalité des cardiomyocytes et l’activation des fibroblastes cardiaques après I/R, en diminuant la mise en place de réponses cellulaires délétères à long terme pour l’organe. L’objectif de cette thèse a été de déterminer in vitro le rôle de la signalisation purinergique sur la réponse des cardiomyocytes et des fibroblastes cardiaques à l’Hypoxie/Réoxygénation (H/R). Nous avons pu montrer que l’activation des récepteurs purinergiques au moment de la réoxygénation, en particulier du récepteur P2Y11, permettait de réduire la mortalité des cardiomyocytes après H/R. Nous avons ensuite montré que la stimulation de P2Y11 au moment de la réoxygénation diminue la prolifération des fibroblastes cardiaques et leur switch phénotypique en myofibroblastes, mais aussi diminue leur sécrétion de facteurs pro-inflammatoires. Le sécrétome des fibroblastes cardiaques a également induit une diminution de la sécrétion d’IL-6 et d’IL-12 par les DC, ainsi qu’une diminution de la mortalité des cardiomyocytes soumis à une H/R. Ces effets immunomodulateurs et cardioprotecteurs étaient dépendants de l’activation du récepteur P2Y11 sur les fibroblastes cardiaques. Ces résultats suggèrent fortement que le récepteur P2Y11 est au centre des réponses cellulaires post-H/R, et que le cibler in vivo à la reperfusion pourrait améliorer le pronostic clinique des patients atteints d’infarctus du myocarde. / Ischemia/Reperfusion injuries are involved in the pathophysiology of myocardial infarction. I/R-induced stress leads to massive cardiomyocyte death, an acute inflammatory response and the establishment of a repair process by cardiac fibroblasts. Previous work in the laboratory showed that P2Y11 purinergic receptor activation by ATP decreased IL-6 and IL-12 secretion by dendritic cells (DC), inducing a decrease in polarization towards Th1 response. We hypothesized that purinergic signaling could also modulate cardiomyocyte death and activation of cardiac fibroblasts responses to hypoxia/reoxygenation (H/R). We showed that the activation of purinergic receptors at the onset of reoxygenation, especially P2Y11 receptor, improved cardiomyocytes survival following H/R. We then showed that P2Y11 stimulation at the onset of reoxygenation decreased cardiac fibroblasts proliferation and their phenotypic switch into myofibroblasts, but also decreased their secretion of pro-inflammatory factors. Cardiac fibroblasts secretome reduced IL-6 and IL-12 secretion by DC, and cardiomyocyte mortality. These immunomodulatory and cardioprotective effects were dependent on P2Y11 receptor activation in cardiac fibroblasts. These results suggest that P2Y11 receptor is strongly involved in post- H/R cellular responses, and that targeting this receptor in vivo could improve the clinical prognosis of patients with myocardial infarction.

Le zinc est un métal, membre des éléments trace dont le rôle protecteur contre l’ischémie-reperfusion myocardique a été suggéré. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le mécanisme par lequel le zinc procure cette protection. Nous avons utilisé des cultures cellulaires de cardiomyoblastes de rat, des cardiomyocytes isolés de rat, des mitochondries isolées ainsi qu’un modèle de cœur isolé perfusé de rat. Nous avons montré que l'administration de zinc au début de la reperfusion permet de diminuer la mort cellulaire sur un modèle d’ischémie-reperfusion simulée. Nous avons montré que l’administration de zinc entraine l’activation de la cascade des kinases de survie (PI-3K/Akt), l’inhibition de GSK-3β et celle de l’ouverture du pore de transition de perméabilité mitochondrial. Nous avons ensuite montré qu’en présence de zinc, l’activation d’Akt provenait d’une inhibition de certaines phosphatases et d’une activation du domaine tyrosine kinase du récepteur IGF-1. Nos derniers travaux ont eu pour but de préciser le rôle du zinc suite à l'activation des récepteurs à adénosine. / Zinc is a member of the family of the metal trace elements and its role in the protection against lethal reperfusion injury has been strongly suggested. The aim of the present work was to determine the molecular mechanisms involved in zinc cardioprotection. We have used cultured rat cardiomyoblasts, isolated rat cardiomyocytes, isolated mitochondria and isolated perfused rat heart. We demonstrated that zinc given at reperfusion, limits cell necrosis in a model of simulated ischemia-reperfusion. Administration of zinc results in activation of the reperfusion-injury salvage kinases pathway (PI-3K/Akt), inhibition of GSK-3β and of the opening of the mitochondrial permeability transition pore. We then showed that, in the presence of zinc, activation of Akt is mediated by the inhibition of various phosphatases and by activation of the tyrosine kinase domain of the IGF-1 receptor. Our latest experiments report the action of zinc following activation of adenosine receptors