Im Rahmen dieser Dissertation wurden anhand eines Ferkelmodells (8-15kg Schweine, 5 Gruppen: „nicht pulsatile HLM“: n=9, „Minozyklin+HLM“: n= 6, „pulsatile HLM“: n=7, „Minozyklin-Kontrolle: n=6, „Kontrolle“: n=8) während einer 120-minütigen extrakorporaler Zirkulation (EKZ) und einer darauffolgenden 90-minütigen Rekonvaleszenzzeit der physikalische Einflussfaktor des pulsatilen Flusses sowie der pharmakologische Effekt von Minozyklin auf die Niere jeweils unabhängig voneinander untersucht. In allen Gruppen wurden HE-Färbungen sowie immunhistochemische Färbungen (HIF-1-α, 3-Nitrotyrosin, PAR, AIF) durchgeführt um pathologische Veränderungen auf zellulärer Ebene zu detektieren. Zusätzlich wurden energiereiche Phosphate und ihre Abbauprodukte mittels High Pressure/Performance Liquid Chromatography (HPLC) bestimmt. Zur Beurteilung der klinischen Funktion der Niere wurden nierenspezifische Blutwerte (Serumkreatinin, Serumharnstoff) und Laktat im arteriellen Blut bestimmt. Mit der pulsatilen Perfusion konnte ein Abfall des O2-Partialdruckes nicht verhindert werden (HIF-1-α), allerdings konnte die ATP-Konzentration aufrecht erhalten werden. Dies spricht dafür, dass die pulsatile Perfusion im Gegensatz zu der nicht pulsatilen Perfusion keinen relevanten O2-Mangel verursachte. Auch die Ergebnisse der Nitrotyrosin-3-Auswertung zeigen, dass die Bildung von Peroxynitrit reduziert und somit der nitrosative Stress auf die Zellen begrenzt wurde. Die DNA wurde jedoch unabhängig vom gewählten Blutflussprofil geschädigt (PAR). Auch anhand der nierenspezifischen Blutparameter (Serumkreatinin, Serumharnstoff) ließ sich eine postoperative Beeinträchtigung der Nierenfunktion feststellen. Im Vergleich zu der nicht pulsatilen EKZ war hier jedoch eine geringfügige Verbesserung zu erkennen (Serumkreatinin). Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch die pulsatile EKZ der Grad der Ischämie beeinflusst werden konnte, allerdings waren insgesamt keine wesentlich positiven Auswirkungen auf zellulärer Ebene und auf die postoperative Nierenfunktion festzustellen. Der Einsatz des technisch anspruchsvollen pulsatilen Perfusionssystems scheint daher in Bezug auf die Niere in der routinemäßigen Herzchirurgie nicht unbedingt erforderlich zu sein. Durch die Gabe von Minozyklin wurde zwar der Grad der Ischämie (HIF-1-α, ATP) nicht beeinflusst, allerdings konnte Minozyklin durch seine antioxidativen bzw. antinitrosativen (3-Nitrotyrosin), PARP-1-hemmenden (PAR) sowie antiapoptotischen (AIF) Wirkmechanismen die Niere offenbar vor den Folgen einer Ischämie schützen. Anhand der nierenspezifischen Blutwerte (Serumkreatinin, Serumharnstoff) wurde erkenntlich, dass Minozyklin die Nierenfunktion positiv beeinflusst, was wiederum die histologischen Befunde bestätigt. Für die Humanmedizin ist somit der Einsatz von Minozyklin während der EKZ eine Möglichkeit die Auswirkungen des Ischämie/Reperfusionsschadens und deren klinische Folgen hinsichtlich der Niere zu begrenzen. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass der einmalige Einsatz eines Antibiotikums auch negativen Einfluss auf den Körper ausübt (Resistenzentwicklung, Nebenwirkungen), sodass Minozyklin aufgrund der in dieser Versuchsreihe gezeigten positiven Eigenschaften, insbesondere die PARP-1-Inhibition, lediglich als Modellsubstanz für Weiterentwicklungen genutzt werden kann.

L’insuffisance rénale aiguë (IRA) est une complication clinique associée à une mortalité significative. Parmi les diverses causes d'IRA, l'ischémie-reperfusion (IRI) est une étiologie importante, en particulier dans le contexte de la transplantation rénale. Les types de mort cellulaire programmée (MCP) activées dans l'IRA induite par IRI ont été étudiées par des nombreux groupes. L’atteinte tubulaire épithéliale est classiquement considérée comme le principal contributeur à l'IRA.En effet, plusieurs morts programmées de cellules tubulaires ont été démontrées dans la littérature. Cependant, les lésions endothéliales microvasculaires rénales attirent davantage l'attention en tant qu'inducteurs cruciaux de dysfonctionnement microvasculaire et de fibrose rénale progressive. Ainsi, certaines équipes de recherche, dont la nôtre a rapporté le développement de l'apoptose endothéliale rénale en association avec l’IRI. Le but de mon travail était donc de caractériser les types de mort cellulaire microvasculaires secondaires à l’IRI et leur contribution à la dysfonction rénale. Pour évaluer l'importance de l'apoptose dans l'IRA induite par IRI, nous avons utilisé un modèle murin d’IRI chez des souris caspase-3 knock-out (KO) et sauvages, avec clampage de l'artère rénale pendant 30 minutes (modèle IRA légère) ou 60 minutes (modèle IRA sévère). Dans le modèle IRA légère, notre résultat montre que la carence en caspase-3 empêche la mort apoptotique des cellules endothéliales dans toutes les phases de l'IRA, atténuant la raréfaction microvasculaire, le dépôt de collagène et la fibrose rénale. L’absence de caspase-3 favorise aussi le maintien d’une perméabilité endothéliale microvasculaire normale à long terme. Toutefois, l’invalidation de la caspase-3 aggrave la mort cellulaire tubulaire à court terme en favorisant la nécroptose, mais améliore l’homéostasie tubulaire à long terme grâce à la préservation des capillaires péritubulaires (PTCs) permettant un maintien de la perfusion tubulaire. En outre, le déficit en caspase-3 est également associé à un effet protecteur contre la raréfaction microvasculaire rénale, la fibrose rénale progressive, ainsi qu'une perméabilité endothéliale améliorée et une préservation de la fonction rénale dans le modèle d’IRA sévère. En conclusion, nos résultats démontrent l'effet crucial de l’apoptose endothéliale microvasculaire en tant qu'inducteur de dysfonctionnement microvasculaire rénal, de raréfaction microvasculaire et de fibrose rénale progressive dans la physiopathologie de l'IRA légère et sévère induite par l'IRI. Ils établissent aussi l’importance prédominante de l’atteinte microvasculaire plutôt que tubulaire épithéliale dans la prédiction de la perte de fonction rénale à long terme suite à une IRI. / Acute kidney injury (AKI) is a crucial clinical event, with increasing incidence and mortality. Among various pathogenesis of AKI, ischemia-reperfusion injury (IRI) is an important etiology, especially in the renal post-transplant scenario. The complex of programmed cell deaths (PCD) developed in IRI-induced AKI has been proven in a number of investigations. Renal tubular epithelial injury has been considered as the major contributor in AKI and multiple programmed tubular epithelial cell (TECs) deaths have been demonstrated in the literature. However, renal microvascular endothelial injury is attracting more attention as an important inducer of microvascular dysfunction and renal progressive fibrosis. Some investigators, including our team, have reported the development of renal endothelial apoptosis in the condition of ischemia. Apoptosis, a commonly known programmed cell death, has been elucidated in both renal TECs and microvascular endothelial cells (ECs) post-IRI and the activation of caspase-3 functions as the key effector of caspase-dependent apoptosis. To verify the importance of apoptosis in IRI- induced AKI, we applied the in vivo murine renal IRI model in wild-type and caspase-3 KO mice, with clamping the renal artery for 30 minutes (mild AKI model) or 60 minutes (severe AKI model). In regard to the mild AKI model, our result demonstrates that caspase-3 deficiency prevents ECs apoptotic death in all phases of AKI, attenuating microvascular rarefaction, collagen deposition, and renal fibrosis, while maintaining physical endothelial permeability in the long-term. Meanwhile, caspase-3 deletion aggravates tubular injury in the short-term by promoting TECs necroptosis but ameliorates long-term tubular injury through preserved peritubular capillaries (PTCs) function. Furthermore, caspase-3 deficiency also demonstrated a protective effect against renal microvascular rarefaction, progressive renal fibrosis, as well as enhanced endothelial permeability in the severe AKI model. Conclusively, our findings determine the crucial effect of microvascular endothelial apoptosis as an inducer of renal microvascular dysfunction, microvascular rarefaction, and progressive renal fibrosis in the pathophysiology of mild and severe AKI induced by IRI. Additionally, our results demonstrate the predominant importance of microvascular endothelial injury over tubular epithelial injury in predicting renal function loss at long-term post-IRI.

Background: Despite recent advances and refinements in perioperative management of simultaneous pancreas–kidney transplantation (SPKT) early pancreatic graft dysfunction (ePGD) remains a critical problem with serious impairment of early and long-term graft function and outcome. Hence, we evaluated a panel of classical blood serum markers for their value in predicting early graft dysfunction in patients undergoing SPKT. Methods: From a prospectively collected database medical data of 105 patients undergoing SPKT between 1998 and 2018 at our center were retrospectively analyzed. The primary study outcome was the detection of occurrence of early pancreatic graft dysfunction (ePGD), the secondary study outcome was early renal graft dysfunction (eRGD) as well as all other outcome parameters associated with the graft function. In this context, ePGD was defined as pancreas graft-related complications including graft pancreatitis, pancreatic abscess/peritonitis, delayed graft function, graft thrombosis, bleeding, rejection and the consecutive need for re-laparotomy due to graft-related complications within 3 months. With regard to analyzing ePGD, serum levels of white blood cell count (WBC), C-reactive protein (CRP), procalcitonin (PCT), pancreatic lipase as well as neutrophil–lymphocyte ratio (NLR) and platelet–lymphocyte ratio (PLR) were measured preoperatively and at postoperative days (POD) 1, 2, 3 and 5. Further, peak serum levels of CRP and lipase during the first 72 h were evaluated. Receiver operating characteristics (ROC) curves were performed to assess their predictive value for ePGD and eRGD. Cut-off levels were calculated with the Youden index. Significant diagnostic biochemical cut-offs as well as other prognostic clinical factors were tested in a multivariate logistic regression model. Results: Of the 105 patients included, 43 patients (41%) and 28 patients (27%) developed ePGD and eRGD following SPKT, respectively. The mean WBC, PCT, NLR, PLR, CRP and lipase levels were significantly higher on most PODs in the ePGD group compared to the non-ePGD group. ROC analysis indicated that peak lipase (AUC: 0.82) and peak CRP levels (AUC: 0.89) were highly predictive for ePGD after SPKT. The combination of both achieved the highest AUC (0.92; p < 0.01) in predicting ePGD. Concerning eRGD, predictive accuracy of all analyzed serological markers was moderate (all AUC < 0.8). Additionally, multivariable analysis identified previous dialysis/no preemptive transplantation (OR 2.4 (95% CI: 1.41–4.01), p = 0.021), donor age (OR 1.07 (95% CI: 1.03–1.14), p < 0.010), donor body mass index (OR 1.32 (95% CI: 1.01–1.072), p = 0.04), donors cerebrovascular cause of death (OR 7.8 (95% CI: 2.21–26.9), p < 0.010), donor length of ICU stay (OR 1.27 (95% CI: 1.08–1.49), p < 0.010), as well as CIT pancreas (OR 1.07 (95% CI: 1.03–1.14), p < 0.010) as clinical relevant prognostic predictors for ePGD. Further, a peak of lipase (OR 1.04 (95% CI: 1.02–1.07), p < 0.010), peak of CRP levels (OR 1.12 (95% CI: 1.02–1.23), p < 0.010), pancreatic serum lipase concentration on POD 2 > 150 IU/L (OR 2.9 (95% CI: 1.2–7.13), p = 0.021) and CRP levels of ≥ 180 ng/mL on POD 2 (OR 3.6 (95% CI: 1.54–8.34), p < 0.01) and CRP levels > 150 ng/mL on POD 3 (OR 4.5 (95% CI: 1.7–11.4), p < 0.01) were revealed as independent biochemical predictive variables for ePGD after transplantation. Conclusions: In the current study, the combination of peak lipase and CRP levels were highly effective in predicting early pancreatic graft dysfunction development following SPKT. In contrast, for early renal graft dysfunction the predictive value of this parameter was less sensitive. Intensified monitoring of these parameters may be helpful for identifying patients at a higher risk of pancreatic ischemia reperfusion injury and various IRI- associated postoperative complications leading to ePGD and thus deteriorated outcome.

Contexte : Au cours de la dernière décennie, le nombre de personnes en attente d’une transplantation cardiaque a augmenté d’environ 25%, tandis que le nombre de greffes effectuées chaque année est resté stable. Le taux de décès des patients en attente d’une greffe cardiaque est d’environ 15-20%. Le don d’organe suite à un décès cardiocirculatoire (DDC) est une alternative au don après décès neurologique (DDN) qui a permis d’augmenter le nombre d’organes disponibles comme les poumons, les reins et les foies. Compte tenu de la survenue d’une mort cardiovasculaire dans les protocoles DDC, le cœur est rarement greffé à cause des dommages infligés durant la période d’ischémie chaude. Notre équipe a précédemment démontré que l’utilisation du Celastrol, ainsi que notre analogue synthétique inhibiteur de la HSP90 ont des effets cardioprotecteurs, quand administrés au moment de la reperfusion dans des modèles in vitro de culture cellulaire et ex vivo dans des cœurs de rats montés sur le système de perfusion Langendorff. L’objectif est d’évaluer les mécanismes cardioprotecteurs rapides d’une nouvelle formulation de l’inhibiteur HSP90, et de comprendre l’efficacité de ce nouveau composé synthétique sur deux lignées de cellules : les cardiomyoblastes H9c2 issus de rats et les cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes humaines (iPSC-CMs). Méthodes/Résultats : Les cellules H9c2 et iPSC-CMs ont été cultivées. La signalisation cellulaire a été analysée par western blot pour évaluer le niveau d’activation de ces différentes voies. Suite à l’optimisation des conditions pour les cellules iPSC-CMs, les deux lignées cellulaires ont été mises en condition ischémique (sans glucose, 95% N2, 5% CO2) durant la nuit, puis reperfusées, en conditions normales, avec différentes concentrations de l’inhibiteur HSP90. La viabilité cellulaire ainsi que l’ouverture des pores mitochondriaux (mPTP) ont été évaluées à l’aide de kits d’analyses, la production de radicaux libres d’oxygène à l’aide de kits de fluorescence et l’expression des ARN messagers de gènes antioxydants à l’aide de la réaction en chaîne par polymérase (PCR). Les résultats ont montré une augmentation de l’activation des voies cytoprotectrices quand les deux lignées cellulaires étaient traitées à la concentration 10-6M du composé sans stress 4 ischémique : augmentation de HO-1 and HSP-70 dans les 30 premières minutes et AKT et ERK après 1 heure de traitement et 3 heures de récupération. Contrairement à nos attentes, le traitement au moment de la reperfusion à la concentration 10-6M a montré une diminution de la viabilité des cellules, alors que la concentration 10-7M l’a augmenté. À une concentration de 10- 7M, il y a eu diminution de la production de radicaux libres comparativement au groupe témoin. Comme attendu, cette concentration a aussi démontré une diminution de l’ouverture des mPTP. Tous ces résultats ont été observés, autant dans les cellules humaines que celles de rats. Une évaluation préliminaire de l’expression des gènes antioxydants dans les cellules H9c2 a seulement montré une augmentation de l’expression des gènes CAT et HO-1. Conclusion : Notre groupe de recherche a précédemment démontré l’efficacité des composés issus du Celastrol sur la réduction des dommages myocardiques dus à la reperfusion dans les modèles d’ischémie, incluant l’infarctus du myocarde et la donation après décès cardiocirculatoire. Ces expériences ont montré les effets bénéfiques du nouveau composé synthétique sur l’expression des gènes antioxydants, et sur l’activation d’une série de voies cytoprotectrices permettant la stabilisation de la membrane mitochondriale, réduisant aussi la production de radicaux libres, et améliorant ultimement la survie cellulaire. Des études supplémentaires sont en cours afin d’améliorer la compréhension des modes d’action, des mécanismes et des dosages optimaux du médicament, ce qui nous permettra de commencer les essais sur animaux dans le but d’introduire cette molécule en clinique dans le contexte de don d’organes. / Background: During the last decade, the number of people waiting for a cardiac transplantation has increased by about 25%, while the number of yearly transplant surgeries performed has remained steady. The death rate of patients awaiting heart transplant is about 15-20%. Organ donation after circulatory death (DCD) is an alternative to donation after neurological death (DND) that has allowed to increase the number of available organs like lungs, livers, and kidneys. However, because of the cardiac death in DCD protocols, the heart is rarely used because of the injuries suffered by the warm ischemia period. Our group has previously shown that Celastrol, along with a synthetic HSP90 inhibitor analog, have cardioprotective effects when given as postconditioning agents at the moment of reperfusion in an in vitro model on cellular cultures and an ex vivo model on rat hearts mounted on a Langendorff perfusion system. The objective is to evaluate the rapid cardioprotective mechanisms of a novel formulation of the HSP90 inhibitor compound, and to understand the efficacy of this new synthetic compound on two cell lines: rat H9c2 cardiomyoblasts and human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSCCMs). Methods/Results: H9c2 rat cardiomyoblasts and human iPSC-CMs were cultured. Cell signaling was analyzed by western blot to evaluate pathway activations. Both cell lines were put in ischemic conditions (no glucose, 95% N2, 5% CO2) overnight, then reperfused (normal conditions) with different concentrations of HSP90i after optimizing the human iPSC-CMs’ stress experiment. Cell viability and mitochondrial permeability transition pore (mPTP) opening were evaluated using assays, oxygen-free radical production by fluorescence assay and antioxidant gene messenger RNA expression via polymerase chain reaction (PCR). Results showed an increase in cytoprotective pathway activation when both cell lines were treated with 10-6M of the compound without any stress: HO-1 and HSP-70 in the first 30 minutes while AKT and ERK after 1 hour of treatment and 3 hours of recuperation. Interestingly, treatment with the compound at 10-6M at the moment of reperfusion showed decreased viability of the cells while 10-7M improved it. Free radical production was also decreased at a concentration of 10-7M 6 when compared to the baseline, and as expected, the compound also decreased mPTP opening. These results were seen in both human and rat cell lines. Preliminary evaluation of antioxidant gene expression in H9c2 cells only showed an increase in the expression of the cytoprotective CAT and HO-1 genes. Conclusion: Our research group has previously demonstrated the efficacy of Celastrol compounds in reducing reperfusion damage in myocardial ischemia models, including myocardial infarction and donation after circulatory death. These experiments have shown that the beneficial effects of this new synthetic compound include the expression of antioxidant genes and the launching of a series of cytoprotective pathways that stabilize the mitochondrial membrane, reduce free radical production, and improve cell survival. Additional studies to fully understand the mode of action, the mechanisms and the optimal dosages are underway to allow us to move to animal trials in order to ultimately introduce the molecule in the clinical field in the context of organ donation.

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Verfahren untersucht, die eine erfolgreiche Protektion vor hepatischer Ischämie/Reperfusionsschädigung versprachen: ischämische Präkonditionierung (IP) und pharmakologische Konditionierung mit Methylprednisolon (MP). Dabei wurde zunächst das Ausmaß der hepatozellulären Schädigung nach warmer Leberischämie durch Abklemmen der blutzuführenden Gefäße im Ligamentum hepatoduodenale (Pringle-Manöver) analysiert, wobei beide Behandlungsstrategien eine vergleichbar starke Gewebsprotektion erzielten. Nach 70%-iger Leberteilresektion mit Pringle-Manöver war jedoch trotz reduzierter Ischämie/Reperfusionsschädigung die Leberregeneration nach IP-Behandlung nachhaltig eingeschränkt. Im Gegensatz dazu waren die regenerativen Vorgänge nach MP-Behandlung nicht schneller, aber doch mit einer vergleichbaren Kinetik zu unbehandelten, ischämischen Kontrollen abgelaufen. Zusammenfassend gilt, daß sowohl IP- als auch MP-Behandlung die Ischämie/Reperfusionsschädigung deutlich reduzieren. Dies hat jedoch keinen positiven Einfluß auf die nachfolgende Regeneration nach Leberteilresektion mit Pringle-Manöver. / The present study analyses two strategies to protect from hepatic ischemia-reperfusion injury: ischemic preconditioning (IP) and pharmacologic administration of methylprednisolone (MP). First, the extent of hepatocellular damage after warm liver ischemia induced by cross clamping of the hepatic vessels in the hepatoduodenal ligament (Pringle manöver) was analysed demonstrating comparable tissue protection by both treatment modalities. After 70% partial hepatectomy including Pringle manöver however, the hepatocellular regerneration was markedly decreased after IP treatment, despite reduced ischemia-reperfusion injury. Moreover, MP treatment did not improve hepatic regeneration since it showed a comparable timing to untreated, ischemic controls. In conclusion, both IP and MP significantly reduced hepatic ischemia-reperfusion injury. However, no beneficial effects on hepatocellular regeneration after partial hepatectomy including pringle manöver were observed.

Ziel der Arbeit war, zu untersuchen, ob der gezielte Einsatz gentherapeutischer Methoden zu einer Verhinderung der Abstoßung allogener Transplantate bzw. zu einer Verhinderung der Induktion des Ischämie-/Reperfusionsschadens in verschiedenen Transplantationsmodellen der Ratte beitragen kann. Dabei wurden zwei Schwerpunkte gesetzt: Zum einen wurde auf den ex-vivo Gentransfer von therapeutischen Molekülen direkt in das Transplantat mit Hilfe von rekombinanten Adenoviren fokussiert. Zum anderen wurde das Potenzial von retroviral modifizierten, allospezifischen T-Zellen als Träger therapeutischer Gene zur Verhinderung der Transplantatrejektion untersucht. Diese Habilitationsschrift umfasst dreizehn Originalartikel in internationalen Zeitschriften, sechs Übersichtsartikel (Reviews) und vier Manuskripte, die bereits zur Veröffentlichung eingereicht sind. / The aim of the research was to investigate, whether the specific use of gene therapeutic methods can play a role in the prevention of allogeneic graft rejection or in the prevention of the induction of ischemia/reperfusion damage in various rat transplantation models. Doing this there were to main focusses: First we concentrated on the ex-vivo gene transfer of therapeutic molecules directly into the graft, which was done using recombinant adenoviruses. Then we investigated the potential of retrovirally modified, allospecific T-cells as carriers for therapeutic genes for the prevention of graft rejection. This publication consists of thirteen original papers in international journals, six reviews and four manuscripts that have been submitted for publication.

Mémoire en recherche-création / Creative dissertation / Objectif: Les lésions rénales aiguës causées par l'ischémie-reperfusion rénale (I/R) constituent un problème clinique majeur pour lequel les thérapies sont limitées, et dont le mécanisme sous-jacent reste mal compris. L'insuffisance rénale aiguë précède souvent la transition vers l'insuffisance rénale chronique, marquée par une inflammation soutenue, un remodelage tubulaire et une fibrose. Il est intéressant de noter que la protéine Hedgehog interacting (Hhip) a été identifiée comme un régulateur important dans la maladie rénale chronique, avec une expression notable dans les cellules endothéliales. Cependant, l'implication et le rôle de Hhip dans l'insuffisance rénale aiguë n'ont pas fait l'objet d'études approfondies. Dans ma thèse de maîtrise, nous cherchons à déterminer si le knock-out de Hhip spécifique aux cellules endothéliales peut prévenir l'insuffisance rénale aiguë induite par l’I/R in vivo, et à explorer les mécanismes moléculaires possibles par le biais d'expériences in vitro. Méthodes: Une I/R rénale unilatérale de 45 minutes ou une chirurgie sham avec néphrectomie controlatérale a été réalisée sur des souris mâles HhipEC-KO âgées de 10 semaines et sur leurs compagnons de contrôle Hhipfl/fl, respectivement. Les souris ont été divisées en quatre groupes : sham-Hhipfl/fl, sham-HhipEC-KO, IRI-Hhipfl/fl, IRI-HhipEC-KO, avec 6-8 souris dans chaque groupe. Des échantillons de sérum, d'urine et de rein ont été prélevés dans chaque groupe aux 1er, 3e et 7e jours postopératoires en vue d'analyses ultérieures. Les expériences in vitro ont consisté à exposer des cellules tubulaires proximales rénales naïves (IRPTCs) au milieu conditionné prélevé sur des cellules endothéliales de souris (mECs) dans différentes conditions, y compris la présence ou l'absence de Hhip (Hhip recombinant ou siRNA-Hhip) et le traitement au cisplatine. Résultats: Par rapport aux souris témoins sham, les souris qui ont subi une chirurgie I/R rénale ont toutes subi une perte de poids corporel significative et des lésions tubulaires rénales marquées, quel que soit le statut du knock-out Hhip. Les souris IRI-Hhipfl/fl ont présenté un taux de mortalité plus élevé et un rapport albumine/ créatinine (ACR) élevé en postopératoire par rapport aux souris IRI-HhipEC-KO. De meilleurs résultats pathologiques et une fibrose rénale réduite ont été observés chez les souris HhipEC-KO lors de lésions rénales aiguës. En outre, les niveaux d'expression du marqueur de lésions rénales-1 (KIM-1) étaient plus faibles chez les souris IRI-HhipEC-KO que chez les souris IRI-Hhipfl/fl. Notamment, l'expression des marqueurs associés à la sénescence cellulaire, y compris la β-galactosidase associée à la sénescence (SA-β-gal), la p21 et la p16, était accrue dans les tubules rénaux des souris Hhipfl/fl, mais significativement réduite chez les souris HhipEC-KO. Des expériences in vitro ont également révélé que les IRPTCs naïves cultivées dans un milieu conditionné (CM) provenant de mECs prétraitées au cisplatine présentaient une réponse de sénescence cellulaire prononcée, caractérisée par l'expression accrue de p21 et de p53. Cependant, le CM provenant de mECs silencées par Hhip, contenant également du cisplatine, a largement atténué ces effets néfastes chez les IRPTCs naïves. En outre, les reins des souris IRI-HhipEC-KO présentaient moins de fibrose et une plus faible expression de la molécule d'adhésion vasculaire-1 (VCAM-1) que les reins des souris témoins (IRI-Hhipfl/fl). Conclusion: Ces résultats suggèrent le rôle protecteur du knock-out de Hhip dans les cellules endothéliales contre les lésions tubulaires rénales induites par les lésions rénales aiguës. Cette protection potentielle peut être médiée, au moins en partie, par l'inhibition de la sénescence des cellules tubulaires médiée par Hhip. / Background/aim: Acute kidney injury (AKI) caused by renal ischemia reperfusion (I/R) stands as a major clinical issue with limited therapies, and its underlying mechanism remains poorly understood. AKI often precedes the transition to chronic kidney disease (CKD), marked by the sustained inflammation, tubular remodeling, and fibrosis. Interestingly, Hedgehog interacting protein (Hhip) has been identified as an important regulator in CKD, with notable expression in endothelial cells. However, the involvement and the role of Hhip during AKI has not been thoroughly investigated. In my master’s thesis, we aim to investigate whether endothelial cell-specific knockout of Hhip can prevents renal I/R-induced AKI in vivo, and to explore possible molecular mechanisms involved through in vitro experiments. Methods: 45-minute unilateral renal I/R or sham surgery, along with contralateral nephrectomy, was performed on 10-week-old male HhipEC-KO and its control littermate Hhipfl/fl mice, respectively. The mice were divided into four groups: sham-Hhipfl/fl, sham-HhipEC-KO, IRI-Hhipfl/fl, IRI-HhipEC-KO, with 6-8 mice in each group. Serum, urine and kidney samples were collected from each group on the 1st, 3rd, 7th postoperative days for subsequent analysis. In vitro experiments involved exposing naïve renal proximal tubular cells (IRPTCs) to the conditioned medium harvested from mouse endothelial cells (mECs) under different conditions, including presence or absence of Hhip (recombinant Hhip or siRNA-Hhip) and Cisplatin treatment. Results: Compared to sham control mice, mice that underwent renal I/R surgery all experienced significant body weight loss and marked renal tubular injury, regardless of Hhip knockout status. IRI-Hhipfl/fl mice exhibited a higher mortality rate and an elevated albumin/creatinine ratio (ACR) postoperatively compared to IRI-HhipEC-KO mice. Improved pathological outcomes and reduced renal fibrosis were observed in HhipEC-KO mice during AKI. In addition, the expression levels of kidney injury marker-1 (KIM-1) were lower in the IRI-HhipEC-KO mice than in the IRI-Hhipfl/fl mice. Notably, the expression of cellular senescence-associated markers, including senescence-associated-β-galactosidase (SA-β-gal), p21, and p16 was enhanced in the renal tubules of Hhipfl/fl mice, but significantly reduced in HhipEC-KO mice. In vitro experiments further revealed that naïve IRPTCs cultured in conditioned medium (CM) from Cisplatin-pretreated mECs exhibited a pronounced cellular senescence response, characterized by the upregulated expression of p21 and p53. However, CM from Hhip-silenced mECs, also containing Cisplatin, largely mitigated these adverse effects in naïve IRPTCs. Furthermore, kidneys of IRI-HhipEC-KO mice displayed less fibrosis and lower expression of vascular adhesion molecule-1 (VCAM-1) compared to their controls (IRI-Hhipfl/fl). Conclusion: These results hint at the protective role of Hhip knockout in endothelial cells against AKI-induced renal tubular injury. This potential protection may be mediated, at least in part, by the inhibition of Hhip-mediated tubular cell senescence.

Le CD36 est un récepteur éboueur de classe B exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages et les cellules endothéliales de la microvasculature. Le CD36 présente une haute affinité de liaison pour les ligands lipidiques tels que les lipoprotéines oxydées de basse densité (LDLox). De part sa capacité à internaliser les LDLox au niveau des macrophages et de son implication dans la formation des cellules spumeuses, le CD36 joue un rôle critique dans le développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique sélectif du CD36, exerce des effets anti-athérosclérotiques chez les souris déficientes en apolipoprotéine E. Un traitement prolongé (12 semaines) avec le EP 80317 réduit fortement (de 51%) la surface des lésions athérosclérotiques par comparaison aux souris témoins. L'effet anti-athérosclérotique est associé à une diminution des taux de cholestérol plasmatique, à une réduction de l’internalisation des LDLox au niveau des macrophages et à une augmentation de l’expression des protéines impliquées dans le transport inverse du cholestérol. De plus, un traitement par le EP 80317 est également associé une diminution de l’expression aortique et plasmatique de protéines pro-inflammatoires. Nos études ont aussi montré un rôle pour le CD36 dans le recrutement des phagocytes mononucléés au niveau des lésions athérosclérotiques, tel que démontré par une réduction de l’accumulation des phagocytes mononucléés radiomarqués CD36–/– par rapport aux cellules CD36+/+. À l’échelle moléculaire, nous avons montré que les phospholipides oxydés induisent la phosphorylation de la kinase Pyk2 des podosomes des monocytes/macrophages de manière dépendante de l’expression du CD36 et de Src. Cette phosphorylation est atténuée par un traitement par le EP80317. Nos résultats appuient le rôle important du CD36 dans l’athérosclérose et suggèrent que les ligands synthétiques qui modulent la fonction du CD36 représentent potentiellement une nouvelle classe d'agents anti-athérosclérotiques. Le CD36 exprimé par les cellules endothéliales de la microvasculature est un récepteur de l’hétérodimère protéique S100A8/A9. Ces protéines s’associent à l’acide arachidonique intracellulaire (AA) des neutrophiles polymorphonucléaires (PMN) et le complexe S100A8/A9/AA peut être sécrété par les PMN activés au contact de l’endothélium. Nous avons vérifié l’hypothèse selon laquelle le CD36 exprimé par la microvasculature est impliqué dans le métabolisme transcellulaire de l’AA par la liaison du complexe S100A8/A9/AA et la réponse inflammatoire. Chez deux modèles murins d'inflammation aiguë (ischémie/reperfusion des membres inférieurs et poche d’air dorsale), nous avons observé que la réponse inflammatoire, notamment l’accumulation des PMN au niveau des sites inflammatoires, est diminuée en moyenne de 63% chez les souris CD36-/-. De même, un traitement par le EP 80317 ou par les anticorps anti-S100A8/A9 diminue chacun de 60% en moyenne l’extravasation des PMN vers les tissus inflammatoires. L’administration simultanée des deux traitements n’a aucun effet supplémentaire, et ces traitements n’exercent aucun effet chez les souris CD36-/-. Nos résultats appuient le rôle du récepteur CD36 de la microvasculature dans la régulation de la réponse inflammatoire. L’utilisation des ligands synthétiques du CD36 pourrait représenter une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement des réponses inflammatoires aiguës. / CD36 is a class B scavenger receptor expressed by multiple cell types such as macrophages and microvascular endothelial cells. CD36 shows a high affinity binding towards lipid-based ligands such as oxidized low-density lipoproteins (oxLDL). Macrophage CD36 has been shown to play a critical role in the development of atherosclerotic lesions by its ability to internalize oxLDL and to lead to foam cell formation. We tested the hypothesis that EP 80317, a selective CD36 ligand, exerts anti-atherosclerotic effects in apolipoprotein E-deficient (apoE–/–) mice fed on atherogenic diet. Long term treatment (12 weeks) with EP 80317 results in a striking reduction (51%) of lesion areas in EP 80317-treated apoE–/– mice. This effect was associated with a decrease in plasma cholesterol, a reduced oxLDL internalization within macrophages and an up-regulation of proteins involved in cholesterol efflux. Additionally, treatment with EP 80317 was associated with a reduced expression of vascular and plasma pro-inflammatory proteins. Our studies also showed a role of CD36 in modulating the recruitment of mononuclear phagocytes to the arterial wall, as shown by a reduced migration of radiolabeled CD36-/- macrophages into atherosclerotic lesions compared to CD36+/+ cells. At the molecular level, our studies showed that oxidized phospholipids induced the phosphorylation of the adhesion kinase Pyk2 in monocytes/macrophages, in a CD36- and Src-dependent manner. The Pyk2 phosphorylation is attenuated by treatment with EP80317. Our results strongly support the role of CD36 in atherosclerosis development and suggest that synthetic ligands featuring modulatory effect on CD36 function may represent a novel class of anti-atherosclerotic agents. CD36 expressed by microvascular endothelial cells is a receptor for the heterodimer S100A8/A9. These proteins bind intracellular arachidonic acid (AA) within polymorphonuclear neutrophils (PMN) and the complex S100A8/A9-AA may be secreted at sites of inflammation where it exerts chemotactic activities. We aimed to delineate the role of microvascular CD36, as a receptor for the S100A8/A9, in the AA transcellular metabolism and the regulation of the associated PMN trafficking to inflammatory sites. In two mouse models of acute inflammation (hind limb ischemia/reperfusion and dorsal air pouch), CD36 regulated trafficking of PMN to inflammatory sites, as shown by a mean of 63% reduction of PMN accumulation in CD36-/- mice. Treatment with EP 80317 or with S100A8/A9 antibodies reduced, each by ~ 60%, the recruitment of PMN to inflammatory sites. The combined administration of anti-S100A8/A9 and EP 80317 did not exert any additional inhibitory effect and neither treatment featured a modulatory effect in CD36-/- mice. Our results strongly support a role for microvascular CD36 in regulating PMN trafficking to inflammatory sites. Targeting CD36 might represent a novel therapeutic avenue for the treatment of acute inflammatory responses.

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L’hyperglycémie de stress et la variabilité glycémique, consécutives à la réaction inflammatoire péri opératoire, sont associées à une morbidité et une mortalité accrues en chirurgie cardiaque. L’insulinothérapie intraveineuse administrée à l’aide de protocoles complexes, dits « dynamiques », constitue à l’heure actuelle le traitement de référence de l’hyperglycémie de stress. L’intérêt du contrôle glycémique péri-opératoire est admis par tous, sans qu’il existe de consensus véritable quant aux objectifs à atteindre, et reste très exigeant en termes de charge de soins. Dans la 1ère partie de ce travail, nous avons voulu vérifier si, 7 ans après sa mise en place, l’observance du protocole d’insulinothérapie utilisé dans notre Unité de Soins Intensifs de Chirurgie Cardiaque était conforme à celle mesurée lors de son implantation. Nous avons constaté des dérives majeures dans l’application du protocole qui ont pu être corrigées par la mise en place de mesures correctrices simples. Dans une 2ème partie du travail, nous avons cherché à évaluer si, à l’instar de la chirurgie cardiaque classique, une variabilité glycémique accrue était associée à une altération du pronostic des patients bénéficiant d’une procédure moins invasive (remplacement valvulaire aortique percutané ou TAVI). Nous avons ainsi analysé les données des patients ayant bénéficié d’un TAVI dans notre centre, et inclus dans les registres multicentriques français France et France-2. Nos résultats suggèrent une association entre une augmentation de la variabilité glycémique et un risque accru de complications cardiovasculaires majeures dans les 30 premiers jours, indépendamment de la qualité du contrôle glycémique obtenu. Enfin, dans une 3ème partie nous avons voulu savoir si exenatide, analogue de synthèse de GLP-1, permettait d’améliorer le contrôle glycémique péri opératoire en chirurgie cardiaque. Nous avons conduit un essai randomisé contrôlé de phase II/III montrant que l’administration intraveineuse (IV) d’exenatide, ne permettait pas d’améliorer la qualité du contrôle glycémique ou de réduire la variabilité glycémique par rapport à l’insuline IV, mais permettait de retarder l’administration d’insuline et de diminuer la quantité d’insuline administrée. Notre étude suggère également une diminution de la charge en soins. Du fait des données rapportées chez l’animal et dans l’infarctus du myocarde, nous avons également conduit une étude ancillaire suggérant l’absence d’effets cardioprotecteurs majeurs d’exenatide sur les lésions d’ischémie-reperfusion myocardiques, ne permettant pas d’améliorer la fonction cardiaque gauche à court et à moyen terme. L’optimisation du contrôle glycémique en chirurgie cardiaque nécessite ainsi la recherche de stratégies visant à améliorer l’observance des protocoles de soins et à réduire la variabilité glycémique. La place des analogues du GLP-1 reste à définir dans cette indication. / Stress hyperglycemia and glycemic variability are associated with increased morbidity and mortality in cardiac surgery patients. Intravenous (IV) insulin therapy using complex dynamic protocols is the gold standard treatment for stress hyperglycemia. If the optimal blood glucose target range remains a matter of debate, blood glucose control using IV insulin therapy protocols has become part of the good clinical practices during the postoperative period, but implies a significant increase in nurse workload. In the 1st part of the thesis, we aimed at checking the nurse-compliance to the insulin therapy protocol used in our Cardiac Surgery Intensive Care Unit 7 years after its implementation. Major deviations have been observed and simple corrective measures have restored a high level of nurse compliance. In the 2nd part of this thesis, we aimed at assessing whether blood glucose variability could be related to poor outcome in transcatheter aortic valve implantation (TAVI) patients, as reported in more invasive cardiac surgery procedures. The analysis of data from patients who undergone TAVI in our institution and included in the multicenter France and France-2 registries suggested that increased glycemic variability is associated with a higher rate of major adverse events occurring between the 3rd and the 30th day after TAVI, regardless of hyperglycemia. In the 3rd part if this thesis, we conducted a randomized controlled phase II/III trial to investigate the clinical effectiveness of IV exenatide in perioperative blood glucose control after coronary artery bypass graft surgery. Intravenous exenatide failed to improve blood glucose control and to decrease glycemic variability, but allowed to delay the start in insulin infusion and to lower the insulin dose required. Moreover, IV exenatide could allow a significant decrease in nurse workload. The ancillary analysis of this trial suggested that IV exenatide did neither provide cardio protective effect against myocardial ischemia-reperfusion injuries nor improve the left ventricular function by using IV exenatide. Strategies aiming at improving nurse compliance to insulin therapy protocols and at reducing blood glucose variability could be suitable to improve blood glucose control in cardiac surgery patients. The use of the analogues of GLP-1 in cardiac surgery patients needs to be investigated otherwise.