L’hypertension systolique isolée (HSI) est le résultat de changements au niveau de la paroi vasculaire qui ont pour conséquence d’augmenter la rigidité artérielle. Ces modifications surviennent surtout au niveau des grosses artères comme l’aorte et sont associées au vieillissement. La fragmentation des fibres élastiques, leur calcification (élastocalcinose) et la fibrose font partie des changements majeurs observés avec l’âge. En plus de ces changements, le vieillissement vasculaire provoque des modifications au niveau des cellules qui composent la paroi. Les cellules endothéliales sécrètent moins de monoxyde d’azote (NO) provoquant une dysfonction endothéliale et les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) synthétisent maintenant des protéines matricielles et osseuses. Situé entre le sang et les CMLVs, l’endothélium contrôle le tonus vasculaire par la sécrétion de plusieurs substances vasoactives qui interagissent entre elles afin de maintenir l’homéostasie du système vasculaire. Parmi celles-ci, on note l’endothéline (ET), un puissant vasoconstricteur et le NO, un gaz vasorelaxants. Ce dernier est aussi reconnu pour bloquer la production d’ET par un mécanisme dépendant du guanosine monophosphate cyclique (GMPc). Comme il y a une interaction entre le NO et l’ET, et que cette dernière est impliquée dans la calcification artérielle, le NO pourrait être impliqué dans la modulation de l’élastocalcinose et de la rigidité artérielle par l’inhibition de l’ET et la modification de la composition de la paroi. Cet effet, qui se produirait au delà des effets vasorelaxants du NO, offre un potentiel thérapeutique intéressant pour l’HSI. Afin d’évaluer l’implication du NO dans la calcification vasculaire et la rigidité artérielle, un modèle animal d’HSI a été utilisé (modèle warfarine vitamine K, WVK). Ce modèle d’élastocalcinose est basé sur l’inhibition de la maturation d’une protéine anti-calcifiante, la matrix Gla protein (MGP), par la warfarine. Afin de déterminer l’implication physiologique du NO dans l’initiation et la progression de l’élastocalcinose, sa production a été inhibée par un analogue de la L-arginine, le L-NG-nitroarginine methyl ester (L-NAME). Lors des processus d’initiation de la calcification, le L-NAME a prévenu l’élastocalcinose sans toutefois modifier la vitesse de l’onde de pouls (PWV). Suite au traitement L-NAME, l’expression de la NO synthase inductible (iNOS) a été diminuée alors qu’elle a été augmentée lors du traitement WVK. Elle pourrait donc être impliquée dans les processus de calcification vasculaire. De plus, la NO synthase endothéliale (eNOS) semble également impliquée puisqu’elle a été augmentée dans le modèle WVK. Cette hausse pourrait être bénéfique pour limiter l’élastocalcinose alors que l’expression de la iNOS serait délétère. Lors de la progression de la calcification, le L-NAME a augmenté l’élastocalcinose et le PWV. Dans ce contexte, l’ET serait impliquée dans l’amplification de la calcification vasculaire entrainant une hausse de la rigidité artérielle. Comme le NO endogène limite la progression de la calcification et conséquemment la rigidité artérielle, il semble être protecteur. L’efficacité d’une modulation de la voie du NO dans le modèle WVK a été étudiée par l’administration d’un donneur de NO, le sinitrodil, ou d’un inhibiteur de la phosphosdiestérase 5 (PDE5), le tadalafil. La modulation de la voie du NO semble être bénéfique sur la rigidité artérielle, mais seulement de façon aiguë. En effet, le sinitrodil a modifié de transitoirement la rigidité au niveau de l’aorte possiblement par la modulation du tonus vasculaire sans toutefois avoir des effets sur la composition de la paroi. Comme le modèle WVK n’affecte pas la fonction endothéliale, les concentrations endogènes de NO semblent être optimales puisque le sinitrodil provoque une augmentation de l’élastocalcinose possiblement par le développement d’une tolérance. Tout comme le sinitrodil, le tadalafil a modulé de manière aiguë la rigidité artérielle sans modifier la composition de la paroi. Globalement, ces travaux ont permis de mettre en évidence les effets bénéfiques du NO endogène pour limiter le développement de l’HSI, suggérant qu’une dysfonction endothéliale, tel qu’observé lors du vieillissement, a un impact négatif sur la maladie. / Isolated systolic hypertension (ISH) is the result of complex changes in the vascular wall and consequently the increase of arterial stiffness. These modifications occur mainly in conductance arteries, like the aorta, and are associated with aging. The fragmentation of elastic fibers, calcification (elastocalcinosis), and fibrosis are major changes with age. In addition to these changes in the extracellular matrix, vascular aging also induces vascular cell wall modifications. These include decreased production of nitric oxide (NO) by endothelial cells, which induces endothelial dysfunction, and the production of matrix and bone proteins by vascular smooth muscle cells (VSMCs). Located between the blood and VSMCs, the endothelium controls vascular tone by secreting various vasoactive factors. These factors interact with each other to maintain the hemodynamic of the vascular system. Among these factors, the vasoconstrictor endothelin (ET) and the vasodilator NO. The latter has been shown to block ET production via a cyclic guanosine monophosphates-(cGMP) dependent mechanism, whereas ET has been implicated in arterial calcification. Therefore, NO might be involved in the modulation of elastocalcinosis and arterial stiffness by inhibiting ET and modifying the vascular wall composition. This effect of NO could offer interesting therapeutic potential for ISH. To evaluate the implication of NO in the vascular calcification and arterial stiffness, an animal model of ISH was used. This model of elastocalcinosis is based on the inhibition of the maturation of the anti-calcific protein, matrix Gla protein (MGP), by warfarin (WVK model). To gain insight into the physiological role of endogenous NO in the initiation and progression of elastocalcinosis, its production was inhibited by the administration of L-NAME. Interestingly, elastocalcinosis was prevented by L-NG-nitroarginine methyl ester (L-NAME) administration without any modifications of the pulse wave velocity (PWV) during the initiation of the calcification processes. After the L-NAME treatment, the expression of inducible NO synthase (iNOS) was decreased, whereas upon treatment with warfarin alone the expression of iNOS was increased, which could be implicated in vascular calcification and arterial stiffness. In addition, endothelial NO synthase (eNOS) seems to be implicated in this process as its expression was also increased upon WVK treatment. This increase could be beneficial to limit elastocalcinosis, whereas the increase in iNOS expression could be harmful. L-NAME administration during the progression of calcification increased elastocalcinosis and PWV. In an endothelial dysfunction context, ET has been shown to be involved in the amplification process of vascular calcification causing an increase in arterial stiffness. As NO limits the progression of calcification and consequently arterial stiffness, endogenous NO seems to be protective in the aorta. The efficacy of exogenous modulation of the NO pathway in the WVK model was studied upon administration of the NO donor, sinitrodil, or the phosphodiesterase type 5 inhibitor (PDE5), tadalafil. The exogenous modulation of the NO pathway seemed to be beneficial for arterial stiffness, but only in an acute manner. Indeed, sinitrodil modified the acute stiffness in the aorta potentially by vascular tone modulation, without having any effect on vascular wall composition. Since endothelial function was not affected upon WVK model, endogenous NO concentrations seem to be optimal. Thus, exogenous NO potentially caused an increase of elastocalcinosis by inducing tolerance to NO. As well as sinitrodil, tadalafil modulated the arterial stiffness in an acute manner without modifying the composition of the vascular wall. Broadly, these studies provide evidence that endogenous NO can limit ISH development, suggesting that endothelial dysfunction, as observed in aging, has a negative impact on this pathology.

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie. / Endothelin-1 has emerged as an extremely potent vasoactive peptide exhibiting potent mitogenic activity in vascular smooth muscle cells (VSMCs). A critical role of ET-1 in many cardiovascular diseases, such as atherosclerosis, hypertension, restenosis after angioplasty, heart failure and arrhythmia has been suggested. ET-1 exerts its effects through multiple signaling pathways which include Ca2+, mitogen-activated protein kinases (MAPKs) including extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2) and phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB)/Akt pathways. Several studies have also demonstrated that reactive oxygen species (ROS) may play an important role in mediating the signals of several growth factors and peptides hormones linked to these pathways. We have previously reported that ET-1 generates ROS which mediates ET-1-induced signaling. H2O2, an important ROS molecule, activates both MAPKs and PKB signaling in VSMCs. In addition, we have also suggested that Ca2+ and CaM are essential to trigger H2O2-induced ERK1/2, p38 and PKB phosphorylation in A-10 VSMCs. Ca2+/calmodulin (CaM)-dependent protein kinase II (CaMKII) is a multifunctional serine/threonine protein kinase which is believed to transduce the downstream effects of Ca2+/CaM, and has been shown to be involved in H2O2-induced signaling in endothelial cells. However, a role of CaMKII in mediating ET-1 and H2O2-induced ERK1/2, PKB, Pyk2 phosphorylation, as well as its effect on hypertrophic and proliferative responses of ET-1 in VSMCs remains unexplored. Interestingly, a role of CaMKII in several cardiovascular diseases has been reported and studies showing that pharmacological inhibition of CaMKII, by using KN-93, prevent arrhythmic activity improved vascular dysfunction in diabetes or in Ang II-induced hypertension. Nitric oxide (NO) is also an important reactive species and vasoactive molecule involved in the regulation of several hormone-mediated responses. NO has been suggested to modify growth-promoting signaling events and thus may serve as a vascular protective agent. Studies have shown that NO can attenuate EGF and Ang II-induced Ras/Raf/ERK1/2 as well as increase in PKB phosphorylation signaling pathways. There is also evidence for a potential cross-talk between ET-1 and NO, however not much information on the ability of NO to modify ET-1-induced signaling in VSMCs is available. Therefore, the work presented in this thesis has investigated the role of CaMKII system in ET-1 and H2O2-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation, as well as in cell growth and proliferation evoked by ET-1 in VSMCs. We also investigated the role of NO in ET-1-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation as well as protein synthesis. In the first part of our studies, by using three different approaches, i.e. use of pharmacological inhibitors, a CaMKII AIP (autoinhibitor peptide) and siRNA techniques, we have investigated the involvement of CaMKII in ET-1-induced ERK1/2 and PKB phosphorylation in A-10 VSMC. We have demonstrated that CaMKII mediates the effect of ET-1 on ERK1/2 and PKB phosphorylation in A-10 VSMC. By using pharmacological inhibitor alone such as, KN-93, earlier studies have reported that AngII and Ca2+ elevating agents, such as ionomycin, exert their effects on ERK1/2 phosphorylation via CaM-dependent pathways in VSMC. However, by using multiple approaches, our studies, have provided the first evidence to suggest an involvement of CaMKII in mediating the effect of ET-1 on ERK1/2 and PKB phosphorylation in A-10 VSMC. We have also reported for the first time, a crucial role of CaMKII in vascular pathophysiology related to ET-1 by regulating the growth and hypertrophic events by using the technique of [3H]leucine and [3H]thymidine incorporation. In the second part, in view of earlier studies showing that ROS mediates ET-1-induced signaling events in VSMC, we have also investigated if CaMKII is also implicated in H2O2-induced activation of ERK1/2 and PKB pathways. By using both pharmacological and molecular approaches, we show that similar to ET-1, CaMKII serves as a critical upstream component in triggering H2O2-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation in VSMC. Furthermore, since we have previously reported that IGF-1R transactivation is needed for H2O2-induced PKB activation, we have investigated the effect of CaMKII inhibition and knocking-down on IGF-1R phosphorylation evoked by H2O2. Taken together, these results demonstrate that CaMKII plays a critical upstream role in mediating the effect of H2O2 on ERK1/2, PKB and IGF-1R phosphorylation. In the third part of our studies, we have investigated the molecular mechanism by which NO exerts its anti-mitogenic and anti-hypertrophic effect on ET-1-induced signaling. By testing the effect of two different NO donors (SNAP and SNP) and L-NAME, an inhibitor of NO synthase, in ET-1-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation, we observed that NO has an inhibitory effect in ET-1-induced signaling in VSMC. In addition, 8-Br-cGMP, an analogue of cGMP, exerted similar effect to that of NO donors whereas, oxadiazole quinoxalin (ODQ), an inhibitor of soluble guanylyl cyclase (sGC), reversed the inhibitory effect of NO. We conclude that NO, in a cGMP-dependent manner, attenuated ET-1-induced phosphorylation of ERK1/2, PKB and Pyk2 and also antagonized the hypertrophic effects of ET-1, since SNAP treatment decreased the protein synthesis induced by ET-1. In summary, the studies presented in this thesis demonstrate that both ET-1 and H2O2 induce ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation in VSMC and CaMKII activation is required for these events. We have also shown that CaMKII phosphorylation is upstream of H2O2-induced IGF-1R transactivation in VSMC. We have also provided evidence that NO attenuates ET-1-induced ERK1/2, PKB and Pyk2 phosphorylation. Finally, we have established that CaMKII activation stimulates ET-1-evoked protein and DNA synthesis, yet NO attenuates protein synthesis induced by ET-1. Keywords : Endothelin; Hydrogen peroxide; CaMKII; Nitric oxide; Vascular; Protein Kinase B; Extracellular Signal-Regulated Kinase1/2; IGF-1R; Growth.

La thérapie cellulaire est une avenue pleine de promesses pour la régénération myocardique, par le remplacement du tissu nécrosé, ou en prévenant l'apoptose du myocarde survivant, ou encore par l'amélioration de la néovascularisation. Les cellules souches de la moelle osseuse (CSMO) expriment des marqueurs cardiaques in vitro quand elles sont exposées à des inducteurs. Pour cette raison, elles ont été utilisées dans la thérapie cellulaire de l'infarctus au myocarde dans des études pre-cliniques et cliniques. Récemment, il a été soulevé de possibles effets bénéfiques de l'ocytocine (OT) lors d’infarctus. Ainsi, l’OT est un inducteur de différenciation cardiaque des cellules souches embryonnaires, et cette différenciation est véhiculée par la voie de signalisation du monoxyde d’azote (NO)-guanylyl cyclase soluble. Toutefois, des données pharmacocinétiques de l’OT lui attribue un profil non linéaire et celui-ci pourrait expliquer les effets pharmacodynamiques controversés, rapportés dans la lttérature. Les objectifs de ce programme doctoral étaient les suivants : 1) Caractériser le profil pharmacocinétique de différents schémas posologiques d'OT chez le porc, en développant une modélisation pharmacocinétique / pharmacodynamique plus adaptée à intégrer les effets biologiques (rénaux, cardiovasculaires) observés. 2) Isoler, différencier et trouver le temps optimal d’induction de la différenciation pour les CSMO porcines (CSMOp), sur la base de l'expression des facteurs de transcription et des protéines structurales cardiaques retrouvées aux différents passages. 3) Induire et quantifier la différenciation cardiaque par l’OT sur les CSMOp. 4) Vérifier le rôle du NO dans cette différenciation cardiaque sur les CSMOp. Nous avons constaté que le profil pharmacocinétique de l’OT est mieux expliqué par le modèle connu comme target-mediated drug disposition (TMDD), parce que la durée du séjour de l’OT dans l’organisme dépend de sa capacité de liaison à son récepteur, ainsi que de son élimination (métabolisme). D'ailleurs, nous avons constaté que la différenciation cardiomyogénique des CSMOp médiée par l’OT devrait être induite pendant les premiers passages, parce que le nombre de passages modifie le profile phénotypique des CSMOp, ainsi que leur potentiel de différenciation. Nous avons observé que l’OT est un inducteur de la différenciation cardiomyogénique des CSMOp, parce que les cellules induites par l’OT expriment des marqueurs cardiaques, et l'expression de protéines cardiaques spécifiques a été plus abondante dans les cellules traitées à l’OT en comparaison aux cellules traitées avec la 5-azacytidine, qui a été largement utilisée comme inducteur de différenciation cardiaque des cellules souches adultes. Aussi, l’OT a causé la prolifération des CMSOp. Finalement, nous avons observé que l'inhibition de la voie de signalisation du NO affecte de manière significative l'expression des protéines cardiaques spécifiques. En conclusion, ces études précisent un potentiel certain de l’OT dans le cadre de la thérapie cellulaire cardiomyogénique à base de cellules souches adultes, mais soulignent que son utilisation requerra de la prudence et un approfondissement des connaissances. / Cell therapy has been suggested as a promising treatment for myocardial regeneration through cardiomyocyte replacement or by preventing apoptosis of surviving myocardium and/or improving neovascularisation. Bone marrow stem cells (BMSCs) express cardiac markers in vitro upon stimulation with different inducers. The BMSCs have been used as cell therapy after myocardial infarction (MI) in pre-clinical and clinical studies. Recent reports have uncovered the potential beneficial effects of oxytocin (OT) after MI. Particularly, OT is an inducer of cardiomyogenic differentiation of embryonic stem cells and this differentiation is mediated by the nitric oxide (NO)-soluble guanylyl cyclase pathway. However, some studies have shown that OT exhibits nonlinear pharmacokinetics and that this could explain the previously described controversial hemodynamic alterations. Therefore the objectives of the present work were to: 1) Characterize the pharmacokinetic profile of different dosing regimens of OT in swine, by using a more suitable pharmacokinetic / pharmacodynamic modelization that could explain the time-course of cardiovascular and renal effects observed following OT administration. 2) To isolate, differentiate and find the optimum time of porcine BMSC (pBMSC) differentiation based on the expression of cardiac related transcription factors and structural proteins expressed at different passages. 3) To induce and quantify the OT-mediated cardiomyogenic differentiation of pBMSCs. 4) To document the role of the NO pathway in the OT-mediated cardiomyogenic differentiation of pBMSCs. We found that OT pharmacokinetics are better explained by target-mediated drug disposition (TMDD) kinetics, because the time-course of plasma OT concentration depends on the binding capacity to its receptor, as well as OT elimination (metabolism). Also, we found that OT-mediated cardiomyogenic differentiation of pBMSCs should be induced during the first passages, because passaging affects the phenotypic profile of pBMSCs, as well as the differentiation potential of pBMSCs. We observed that OT induces cardiomyogenic differentiation of pBMSCs, because OT-induced cells expressed cardiac markers, and the expression of cardiac specific proteins was more abundant in OT-treated cells vs. 5-azacytidine-treated cells, which has been used widely as a cardiomyogenic differentiation inducer of adult stem cells. Moreover, OT improved proliferation of pBMSCs. Finally, we observed that the inhibition of the NO pathway significantly affects the expression of cardiac specific proteins. To conclude, these studies demonstrate some interesting potential in cardiomyogenic differentiation of adult stem cells for OT, but its precise role in cell therapy will need prudence and further investigations.

La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours. / Gasification is today one of the most promising strategies to recover energy from waste. This thermo-chemical technology allows a 95% weight reduction of the input and generates inorganic inert ashes as well as a synthesis gas (syngas). Syngas is a gaseous fuel mainly composed of carbon monoxide (CO), hydrogen (H2) and carbon dioxide (CO2). Syngas can be burned to produce heat and electricity. It is also the building block of many high added- value products ranging from ethanol to ammonia and pure hydrogen. Downstream applications of syngas production will depend on its heating value, which is determined by its content in H2. Upgrading the H2 content in syngas is performed by the water-gas shift (WGS) reaction, widely utilized during methane reforming for hydrogen production. During the WGS reaction CO is converted to H2 and CO2 according to: CO + H2O → CO2 + H2. This process is achieved using a metallic catalyst in a heterogeneous gas-phase reaction with CO and steam. The WGS reaction has so far been reserved for large-scale gasification plants and requires high capital and operational expenditures. Hence, smaller scale plants that process low-grade materials (biomass, waste, sludge...), would not have access to such technology. The only possible outcome with the synthesis gas (syngas) produced and which generally has a poor heating value, is to generate heat or at best, electricity. In order to offer small plants access to the WGS reaction and to a higher range of products from their syngas, an alternative to the expensive and energy-intensive established catalyst-based WGS is here considered, such as extreme-thermophilic microbial processes carried out by hydrogenogens. The goal of this thesis was to use Carboxydothermus hydrogenoformans, a thermophilic carboxydotrophic hydrogenogenic bacterium as a biological catalyst for the WGS reaction. This was done by characterizing the impact of a growth-associated biomineralization phenomenon on H2 production and assessing the feasibility and limitations of using the strain in a bioreactor. First, characterization of the predominant inorganic phase when Carboxydothermus hydrogenoformans was inoculated in the DSMZ medium revealed the biomineralization of two crystalline CaP phases. The X-ray diffractometry peaks and Fourier transform infrared spectroscopy spectrum of this biphasic material consistently showed features characteristic of Mg-whitlockite, whereas transmission electron microscopy analysis showed the existence of hydroxyapatite-like nanorods crystals. In both cases, the mode of biomineralization appears to be biologically induced rather than biologically controlled. The impact of the endogenous CaP precipitate on CO mass transfer and H2 production was thus assessed and compared to a medium where no precipitation was observed. In the DSMZ medium, the apparent KLa (0.22 ±0.005 min-1) and H2 production yield (89.11 ±6.69%) were higher than the ones obtained in the modified medium (0.19 ±0.015 min-1 and 82.60 ±3.62% respectively). The presence of the precipitate had no impact on C. hydrogenoformans CO uptake. Overall, the CaP precipitate offers a novel strategy for gas-liquid mass transfer enhancement using CO hydrophobic properties. Second, the conversion of CO into H2 by C. hydrogenoformans was investigated and optimized in a 35 L gas-lift reactor. Upon all operational conditions, the ratio of gas recirculation over CO feed flow rates (QR:Qin) was the major parameter that impacted both biological activity and volumetric gas-liquid mass transfer. The CO conversion performance of the gas lift reactor was kinetically limited over a QR:Qin ratio of 40, and mass transfer limited below that ratio, resulting in a maximum conversion efficiency of 90.4±0.3% and a biological activity of 2.7±0.4 molCO· g–1VSS· day–1. Despite very promising results, CO conversion performance was limited by a low cell density, typical of C. hydrogenoformans planktonic growth. This limitation was found to be the most restrictive factor for higher CO loading rates. Results were compared to the performance of the strain inoculated in a hollow fiber membrane bioreactor where performance, despite the higher cell density and volumetric activity, was biokinetically limited, when not limited by gas–liquid mass transfer, membrane fouling and aging. To avoid any C. hydrogenoformans decay during potential CO shortages, growth of the bacterium on pyruvate as a sole carbon source was characterized. Interestingly, when grown simultaneously on pyruvate and CO, pyruvate consumption was initiated upon CO depletion. This was attributed to the inhibition of pyruvate oxidation by CO, making pyruvate the ideal candidate for an in-situ back-up system.

Au cours de la grossesse, une perfusion placentaire adéquate est indispensable au bon développement du fœtus. Dans certaines maladies comme la prééclampsie, celle-ci est altérée, compromettant ainsi la vie du fœtus, mais aussi celle de sa mère. Le retrait du placenta mène à la disparition des symptômes de la prééclampsie, suggérant un rôle central de ce dernier dans la maladie. Le placenta étant dépourvu d’innervation autonome, le tonus vasculaire placentaire doit être sous le contrôle de facteurs humoraux et tissulaires. Les vaisseaux placentaires sont très réactifs aux prostanoïdes. Le rapport thromboxane A2 (TXA2)/prostacycline (PGI2) est fortement augmenté dans les placentas de grossesses avec prééclampsie. De plus, le taux d’isoprostane, marqueur du stress oxydatif, est accru dans les placentas de femmes avec prééclampsie. Finalement, la prééclampsie s’accompagne d’un stress oxydatif placentaire marqué. Les espèces réactives de l’oxygène sont connues d’une part, pour oxyder l’acide arachidonique (AA), formant ainsi des isoprostanes et d’autre part, pour augmenter la production de TXA2 dans différents tissus, suite à l’activation des cyclooxygénases (COXs). Nous proposons que : 1. les prostanoïdes sont parmi les molécules endogènes qui contrôlent le tonus vasculaire placentaire. 2. la maladie modifie la réponse aux isoprostanes dans les vaisseaux placentaires. 3. l’induction d’un stress oxydatif placentaire entraîne une réponse vasoactive par activation de la voie du métabolisme de l’AA. Nous avons tout d’abord montré, dans des placentas obtenus de grossesses normotensives, que l’U-46619, un mimétique de la TXA2, de même que l’isoprostane, 8-iso-prostaglandine E2 (8-isoPGE2), ont augmenté fortement la pression de perfusion dans les cotylédons perfusés in vitro et la tension dans les anneaux d’artères chorioniques suspendus dans des bains à organe isolé. En revanche, dans les artères chorioniques de placentas obtenus de grossesses avec prééclampsie, ces réponses étaient modifiées puisque la réponse maximale à l’U-46619 était augmentée et celle à la 8-isoPGE2 diminuée. D’autre part, nous avons montré que les réponses maximales aux deux prostanoïdes étaient augmentées dans les vaisseaux placentaires de grossesse normale ou avec prééclampsie issus d’une délivrance prématurée par rapport à ceux d’une délivrance à terme. Ceci suggère une évolution de la réactivité des artères placentaires au cours du 3e trimestre de grossesse. En outre, les vaisseaux placentaires ont répondu aux prostanoïdes de façon semblable qu’ils aient été issus d’un accouchement vaginal ou d’une césarienne élective. Ceci indique que les prostanoïdes placentaires n’interviennent pas dans le processus de délivrance. D’un autre côté, l’utilisation de bloqueurs spécifiques des récepteurs TP à la TXA2, le SQ29,548 et l’ICI192,605, et des récepteurs EP à la prostaglandine E2, l’AH6809, nous ont permis de mettre en évidence le fait que l’U-46619 et la 8-isoPGE2 pouvaient agir de façon non-sélective sur l’un ou l’autre des récepteurs. Ces résultats supportent donc nos 2 premières hypothèses : les prostanoïdes font partie des molécules endogènes qui peuvent contrôler le tonus vasculaire placentaire et la prééclampsie modifie la réponse aux isoprostanes dans les artères chorioniques d’une manière compatible avec l’augmentation de la production de ces substances qui elle, est probablement le résultat du stress oxydatif. En revanche, en ce qui concerne les substances capables de jouer la contrepartie vasodilatatrice, l’utilisation d’un inhibiteur des synthases de monoxyde d’azote, le L-NAME, et celle d’inhibiteurs des COXs, l’ibuprofène, l’indométacine et le N-2PIA, ne nous a pas permis de mettre en évidence un quelconque rôle du monoxyde d’azote ou des prostanoïdes vasodilatatrices à ce niveau. Finalement, nous avons montré que l’induction d’un stress oxydatif dans les cotylédons perfusés in vitro et les artères chorioniques entraînait une vasoconstriction marquée. Celle-ci semble résulter de l’action des prostanoïdes puisqu’un blocage des récepteurs TP ou des COXs diminuait significativement la réponse maximale au peroxyde d’hydrogène. Les prostanoïdes impliquées dans la réponse au stress oxydatif proviendraient essentiellement d’une activation des COXs puisque l’étude ne nous permet pas de conclure à une quelconque implication des isoprostanes dans cette réponse. Ces observations confirment donc notre hypothèse que, dans le placenta, le stress oxydatif possède des propriétés vasoactives par activation du métabolisme de l’AA. En résumé, les résultats obtenus dans les placentas de grossesses normotensives et avec prééclampsie suggèrent que les prostanoïdes sont des molécules d’importance dans la régulation du tonus vasculaire placentaire. Le fait que la prééclampsie modifie la réponse aux prostanoïdes pourrait expliquer pourquoi la perfusion placentaire est altérée chez ces patientes. En outre, il apparaît évident qu’il existe un lien étroit entre le stress oxydatif et la voie de synthèse des prostanoïdes placentaires. Cependant d’autres études sont nécessaires pour mieux comprendre la nature de ce lien, qui pourrait, d’une certaine façon, jouer un rôle important dans le développement de la prééclampsie. / Throughout pregnancy, appropriate placental perfusion is essential for the fœtus to grow properly. In disease such as preeclampsia, placental perfusion is impaired, compromising the fœtus and mother’s lives. Placenta delivery leads to a complete disappearance of the clinical symptoms of preeclampsia. This suggests that the placenta plays a central role in the disease. Placenta being devoid of autonomous innervation, placental vascular tone needs to be under the control of humoral and tissular factors; placental arteries are very reactive to prostanoids. The thromboxane A2 (TXA2)/prostacyclin (PGI2) ratio is increased in placenta from preeclamptic women. Furthermore, in placenta from preeclamptic pregnancies, isoprostane rate is increased, which is a marker of oxidative stress. Finally, preeclampsia is characterised by an important oxidative stress. Reactive oxygen species are known to form isoprostane through the oxidation of arachidonic acid (AA) and to increase TXA2 production in various tissues following an activation of the cyclooxygenases (COXs). We postulate that: 1. prostanoids are among the endogenous molecules that control placental vascular tone. 2. preeclampsia alters responses to isoprostanes in placental vessels. 3. induced placental oxidative stress leads to vasoactive responses through the activation of the AA metabolism. We first showed in placentas from normotensive pregnancies that the TXA2 mimetic U-46619 and the isoprostane 8-isoprostaglandin E2 (8-isoPGE2) markedly increased perfusion pressure in in vitro perfused cotyledons, as well as tension in isolated chorionic arteries. However, in placentas obtained from women with preeclampsia, those responses were altered in chorionic arteries. Indeed, maximal response to U-46619 was raised by preeclampsia, while the one to 8-isoPGE2 was decreased. We then showed that preterm delivery increased maximal responses to both prostanoids compared to term delivery. This observation suggests that placental arteries reactivity evolves along the 3rd trimester of pregnancy. Nevertheless, it appeared that delivery mode had no effect on vascular responses to prostanoids, suggesting that placental prostanoids are not involved in the delivery process. The use of specific blockers of the TXA2 TP receptors, SQ29,548 and ICI192,605, and of the prostaglandin E2 EP receptors, AH6809, revealed that U-46619 and 8-isoPGE2 could mediate their effects by acting on both receptors in a non-selective manner. Therefore, these results support our two first postulates: prostanoids could be the endogenous substances controlling the placental vascular tone and preeclampsia alters responses to isoprostanes in chorionic artery rings in a way compatible with the increased production of these substances possibly through the associated oxidative stress. Moreover, we were unable to identify any vasodilator substances capable of counteracting the effects of vasoconstrictors in the placental circulation. Indeed, blocker of nitric oxide synthases, L-NAME, as well as blockers of COXs, ibuprofen, indometacin and N-2PIA, did not reveal any effect of nitric oxide and vasodilator prostanoids at this level. Finally, we showed that induction of oxidative stress in in vitro perfused cotyledons and in isolated chorionic artery rings led to marked vasoconstriction. This would result from the action of prostanoids since a blockade of TP receptors or COXs significantly decreased maximal response to hydrogen peroxide. Prostanoids involved in this response would essentially come from COX activation. Indeed, the present results did not show any concrete involvement of isoprostane substances in the response to oxidative stress. Consequently, these observations confirm our hypothesis that, in the placenta, oxidative stress presents some vasoactive properties through the activation of the AA metabolism. In summary, results obtained in placentas from normotensive and preeclamptic pregnancies suggest that prostanoids are important in the regulation of the placental vascular tone. Furthermore, responses to prostanoids in chorionic arteries are altered by preeclampsia, which could explain why the placental perfusion is impaired in the disease. Moreover, it seems clear that there is a close relationship between oxidative stress and synthesis of placental prostanoids. However, more investigations are needed to better understand the nature of this relationship, which, in some way, could play an important role in the development of preeclampsia.

De nombreuses réactions enzymatiques sont à l’origine de processus physiologiques au sein des organismes vivants. Ces réactions sont basées sur des transferts de protons et d’électrons et con-duisent souvent à la production d’espèces secondaires. Parmi elles, les espèces réactives de l’oxygène et de l’azote (ROS, RNS) présentent un intérêt particulier puisqu’elles jouent un double rôle : d’une part en permettant à l’organisme de réagir à un stress par l’activation de voie de signalisation redox, et d’autre part ces ROS et RNS peuvent causer des dommages tissulaires et être à l’origine de dys-fonctionnement (stress oxydant) au sein de l’organisme. La haute réactivité de ces espèces induit leurs faibles durées de vie (ns-min) et rend l’étude de certaines réactions enzymatiques difficiles en solu-tion. Ce projet de thèse a pour objectif de développer un microréacteur biomimétique pour l’étude d’activités enzymatiques produisant des ROS/RNS. En effet, en confinant une réaction au sein d’un compartiment de taille équivalente à celle d’une cellule (20-100 μm de diamètre), les espèces générées (H2O2, NO•, NO2-) doivent pouvoir être sondées in situ avec une résolution cinétique et quantitative. Des vésicules unilamellaires géantes sont formées en conditions physiologiques et servent de micro-réacteurs pour l’analyse des activités enzymatiques de la glucose oxydase et des NO-synthases. La microscopie de fluorescence permet l’observation des vésicules et le suivi du déclenchement de la réaction assuré par microinjection. Les espèces produites sont ensuite détectées en temps réel par électrochimie afin de déchiffrer à terme les différentes voies enzymatiques des NO-Synthases. / Enzymatic reactions are involved in many physiological phenomena in living organisms. These reactions are based on protons and electrons transfers and can lead to the production of by-products. Among them, reactive oxygen and nitrogen species (ROS and RNS) are of great interest as they play a double role: on the one hand by allowing the organism to react to a stress by the activation of signaling redox pathways, and on the other hand, ROS and RNS can cause oxidative damages to tissues ensuing dysfunctions in the organism. The high reactivity of such species induce their short lifetimes (ns-min) and leads to uncertainties when it comes to the study of some enzymatic reactions in bulk. This PhD project aims to develop a biomimetic microreactor for the study of enzymatic ac-tivities producing ROS/RNS. Indeed, by confining a reaction within a cell-sized compartment (20-100 μm diameter), the generated species (H2O2, NO•, NO2-) could be analyzed in situ with a quantita-tive and kinetic resolution. Giant unilamellar vesicles are formed in physiological conditions and are used as microreactors for the monitoring of enzymatic activities of glucose oxidase and NO-synthases. Fluorescence microscopy allows individual vesicle observation and the monitoring of reactions trig-gered by microinjection. Then, released species are detected in real-time by electrochemistry in order to decipher the diverse enzymatic pathways of NO-Synthases.

Différentes études ont montré que les facteurs liés au mode de vie, de même que le vieillissement ou l’amélioration des tests de diagnostic et de screening, ne peuvent à eux seuls expliquer l’incidence croissante des cancers dans les pays dits industrialisés. Bien que des changements de comportements aient conduit à une diminution du nombre de cancers en France, l’incidence des carcinomes hépatocellulaires est toujours en augmentation. D’autres facteurs oncogéniques, tels que l’exposition à des cancérogènes de l’environnement pourraient intervenir. Parmi ceux-ci, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), dont le benzo[a]pyrène (B[a]P) est le chef de file, et qui sont retrouvés notamment dans la fumée de cigarette, les gaz d’échappements ou les aliments grillés, constituent une priorité en termes de santé publique du fait de leurs effets cancérogènes. Une caractéristique-clé commune à tous les cancers a trait à leur métabolisme énergétique particulier, basé sur la glycolyse. Cependant, rien n’est connu quant à une possible reprogrammation métabolique due aux HAP. L’objectif global de mon projet de thèse a donc été d’étudier l’impact in vitro du B[a]P, utilisé à faible concentration, sur le métabolisme énergétique, de préciser le rôle de la reprogrammation métabolique dans le contrôle de la balance survie/apoptose par le B[a]P et de caractériser les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués. Nous avons d’abord identifié une production de monoxyde d’azote (NO) résultant de l’activation de la iNOS par le B[a]P, et agissant comme un signal de survie, possiblement via une hyperpolarisation mitochondriale. Nous avons ensuite démontré que le B[a]P induit une reprogrammation métabolique des cellules en favorisant un métabolisme glycolytique au détriment de la phosphorylation oxydative. Enfin, nous avons identifié IF1, l’inhibiteur physiologique de la F0F1ATPase, comme une nouvelle cible des HAP, participant à la reprogrammation métabolique et capable de promouvoir la survie sous l’effet du B[a]P. Au total, nous montrons que ces altérations du métabolisme mitochondrial promues par le B[a]P, sont à l’origine de signaux de survie dans notre modèle de cellules épithéliales hépatiques F258. Ces mécanismes pourraient ainsi contribuer à la progression tumorale sous l’effet des HAP. / Various studies have shown that factors related to lifestyle (smoking, diet, etc.), as well as aging or even the improved efficiency of diagnostic and screening tests, cannot explain by themselves the rising incidence of cancers in the industrialized countries. Although evolution of behaviors has helped reducing the number of cancers in France, the incidence of hepatocellular carcinomas is still increasing. This alarming result could be related to other oncogenic factors such as chronic exposure to environmental carcinogens. Among these compounds, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), including benzo[a]pyrene (B[a]P), the prototype carcinogen of this family, especially found in cigarette smoke, exhaust fumes or grilled food, are a priority in terms of public health due to their high carcinogenic potential. A key feature of cancer cells is related to their predominant glycolytic metabolism. However, nothing is known yet about a possible metabolic reprogramming upon PAH exposure. My PhD project has aimed at characterizing the impact of a low B[a]P concentration on energy metabolism, at clarifying the role of such a metabolic reprogramming in cell fate determination, and at elucidating the cellular and molecular basis of this phenomenon. We first identify a production of nitric oxide (NO), involving the activation of iNOS by B[a]P, and acting as a survival signal. We then demonstrate that B[a]P induces a metabolic reprogramming, thus promoting a glycolytic metabolism at the expense of oxidative phosphorylation. Finally, we identify IF1, the physiological inhibitor of the F0F1ATPase as a new target of PAHs, which participates in the B[a]P-elicited metabolic reprogramming and survival. To sum up, we identify new alterations of mitochondrial metabolism, acting as survival signals in B[a]P-treated rat hepatic epithelial F258 cells. These mechanism could therefore contribute to tumor progression.

La cytochrome c oxydase (CcO) est un complexe protéique commun à tous les organismes aérobies. Elle catalyse la réduction de l’oxygène en eau au niveau d’un site catalytique qui contient un atome de fer hémique et un atome de cuivre (CuB). La famille de ces oxydases est ainsi appelée super famille des oxydases à "hème-cuivre". Malgré le grand nombre d’études réalisées au sujet de l’activité catalytique des CcO, le déroulement exact des étapes de leur mécanisme reste encore mal connu. Afin de mieux cerner le problème de la relation structure-activité de cette hémoprotéine, deux approches distinctes et complémentaires ont été abordées : l’étude du système naturel et l’approche biomimétique. Les propriétés électroniques et vibrationnelles de certains intermédiaires du cycle catalytique de la cytochrome c oxydase ont été caractérisées par spectroscopies UV-Visible, de fluorescence résolue en temps et infrarouge. L’analyse du site actif de la CcO par des substitutions isotopiques du CuB, ainsi que l’influence du pH sur la structure de cet enzyme sont discutées. La deuxième partie de ce travail concerne l’étude du rôle de l’environnement proche de l’hème sur la réactivité des complexes FeII-CO et FeII-O2 grâce à une série de modèles superstructurés du centre binucléaire Fe/Cu de la CcO. Ces analogues synthétiques conservent l’hème, la ligation fer-histidine du site proximal et le ligand complexant le cuivre du site distal de la CcO, mais se différencient notamment par leur environnement autour de l’atome de cuivre et par leur rigidité. Deux techniques ont été utilisées: la spectroscopie ATR-IRTF et la photochimie dans le cas d’espèces carbonylées. / Cytochrome c Oxidase (CcO), a member of the heme-copper oxidase superfamily, is a membrane protein in many aerobic organisms, that catalyses the reduction of dioxygen to water. Dioxygen binding and reduction occurs at a heterobinuclear site that is comprised of a heme a3, and a copper atom (CuB) in close proximity. Despite, the CcO has been the subject of numerous biophysical and spectroscopic investigations, the detailed molecular mechanism of CcO remains still elusive. In order to better define the structure-function relationship for this hemoprotein, two distinct and complementary approaches have been employed: the study of the natural system and the biomimetic approach.Structural changes accompanying the change in the redox state of some CcO intermediates have been characterised by UV-Visible, ATR-FTIR and time-resolved fluorescence spectroscopies. The study of the cytochrome c oxydase active site modified with isotopic substitutions of CuB, and the effect of pH on the structure are discussed. The second part of this work is related to study the role of environment on the reactivity of FeII-CO et FeII-O2 complexes by exploiting a series of superstructured models of the binuclear Fe/Cu active site of CcO. Based upon a porphyrin core, all these models have the iron-histidine ligation of the proximal site and the copper ligand of the distal site of CcO but they differ strongly by the environment around the copper and their rigidity.

La pandémie de maladies cardiovasculaires, actuellement en hausse, pose un problème majeur de santé publique. Malgré les progrès remarquables de la médecine au cours des précédentes décennies, les maladies cardiovasculaires constituent à l’heure actuelle la première cause de mortalité et de morbidité dans le monde. Parmi ces maladies, l’insuffisance cardiaque occupe une place assez importante. Les recherches réalisées au cours de ces dernières années ont permis d’établir que de nombreux facteurs de risque cardiovasculaire comme l’hypertension artérielle, le diabète, l’hyperlipidémie, l’obésité et le tabagisme s’accompagnent d’une dysfonction endothéliale précoce, caractérisée par la diminution de la biodisponibilité du monoxyde d’azote, et d’une rigidité artérielle. La DE semble être le dénominateur commun aux lésions microvasculaires, résultant d’une augmentation du stress oxydatif et d’une activation des voies de l’inflammation. Les conséquences fonctionnelles de ces lésions sont une altération de la capacité de la vasodilatation en réponse aux stimuli physiologiques, une augmentation de la rigidité artérielle et une ischémie tissulaire relative.Pour ce faire, nous avons étudié l’effet des différents facteurs affectant la fonction endothéliale microvasculaire et la biodisponibilité endothéliale du NO chez le sujet sain et pathologique, à l’aide d’une technique non invasive et reproductible appelée « laser Doppler imaging ».Nous avons dès lors démontré que le jeûne intermittent améliore la fonction endothéliale microvasculaire, produit une augmentation de la biodisponibilité du NO chez des sujets masculins en surcharge pondérale par rapport au groupe contrôle, de même qu’il exerce un effet favorable sur la tension artérielle et les paramètres biologiques.Dans un deuxième temps, nous avons examiné les effets des assistances ventriculaires à flux continu centrifuge sur les patients insuffisants cardiaques au stade terminal. Ainsi, nous avons pu montré que ces pompes, n’altèrent pas la dysfonction endothéliale existante chez les patients non assistés, et qu’elles sont respectueuses de la production du vWF, et permettent ainsi de diminuer l’incidence des hémorragies sans pour autant induire de thromboses. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le travail présenté ici porte sur l’étude de la production et du transport du monoxyde d’azote (NO) dans le poumon humain. Le NO est une molécule dont l’implication dans des processus physiologiques n’a été mis en évidence qu’en 1987. Depuis, il a été démontré que le NO joue de nombreux rôles dans le corps humain. Le NO est un gaz labile (instable) dans les conditions physiologiques, il diffuse très facilement au travers des parois et il a une grande affinité pour l’hémoglobine. La production du NO est liée à 3 isoformes différentes de la protéine appelées synthases du NO ou NO synthases.<p>\ / Doctorat en sciences, Spécialisation physique / info:eu-repo/semantics/nonPublished