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La mutagénèse dirigée et la transfection stable dans le modèle cellulaire X-CGD PLB-985 ont été utilisées pour étudier les mécanismes moléculaires du dysfonctionnement de l'oxydase dans 3 cas de CGD-X+ (H303N /P304R, D500G, L505R), 1 cas de X–-CGD (S193F) et le rôle de 2 domaines de Nox2 191TSSTKTIRRS200 et 484DESQANHFAVHHDEEKD500. Les mutations H303N, P304R et D500G inhibent l'assemblage et l'activité de l'oxydase. La mutation L505R diminue partiellement l'affinité de Nox2 pour NADPH et son interaction avec p67phox in vitro. Cependant cet acide aminé n'est impliqué dans la fixation directe du NADPH. La boucle D et la région (484-504) sont essentielles à l'activité oxydase. Seule la région C-terminale est impliquée dans l'assemblage de l'oxydase et le transfert électronique du NADPH vers FAD. La boucle D des Nox1/3/4 est fonctionnelle pour l'activité oxidase de Nox2. Le modèle-3D de la partie C-terminale de Nox2 confirme l'importance de l'hélice-alpha dans l'activation du complexe oxydase.

La NADPH-oxydase phagocytaire, responsable de la production d'anions superoxydes microbicides, résulte de l'assemblage des protéines cytosoliques avec le cytochrome b558 membranaire redox formé de Nox2 et p22phox. Nous avons mis en évidence précédemment que le remplacement de la boucle D de Nox2 par celle de Nox4 (mutant D-loopNox4-Nox2) était à l'origine d'une " super-activité " oxydase. Le présent travail a consisté à élucider les mécanismes moléculaires à l'origine de la super-activité oxydase de ce mutant. Le mutant présente une activité oxydase ex vivo 2 à 8 fois supérieure à celle de cellules PLB-985 WT-Nox2, en réponse aux stimuli solubles et particulaires. Cette suractivité est plus importante en réponse à l'ionomycine et au facteur chimiotactique fMLF, dont les voies d'activation impliquent une augmentation du taux de Ca2+i. Cette suractivité a également été mise en évidence dans un système simplifié in vitro contenant uniquement les protéines purifiées du complexe oxydase et activé par l'acide phosphatidique. L'activité oxydase du mutant ex vivo présente une sensibilité accrue à un influx de calcium. Le cytochrome b558 muté est moins sensible aux événements de phosphorylation dépendant d'ERK1/2 durant l'activation par le fMLF. Ainsi, la suractivité du mutant D-loopNox4-Nox2 pourrait provenir d'une modification de la conformation de Nox2 mutée, favorisant l'état activé du complexe oxydase. De plus, la super-activité du mutant améliore son pouvoir bactéricide vis-à-vis de la souche atténuée P. aeruginosa PAO1. Enfin, nous avons pu mettre en évidence l'existence de deux phases distinctes et interdépendantes dans le processus de bactéricidie de ce microorganisme.

L’athérosclérose est la principale cause d’infarctus du myocarde, de mort subite d’origine cardiaque, d’accidents vasculaires cérébraux et d’ischémie des membres inférieurs. Celle-ci cause près de la moitié des décès dans les pays industrialisés. Lorsque les obstructions artérielles athérosclérotiques sont tellement importantes que les techniques de revascularisation directe ne peuvent être effectuées avec succès, la sévérité de l’ischémie tissulaire résiduelle dépendra de l’habilité de l’organisme à développer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins (néovascularisation). La néovascularisation postnatale est le résultat de deux phénomènes : la formation de nouveaux vaisseaux à partir de la vasculature existante (angiogenèse) et la formation de vaisseaux à partir de cellules souches progénitrices (vasculogenèse). Notre laboratoire a démontré que plusieurs facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (tabagisme, vieillissement, hypercholestérolémie) diminuaient également la réponse angiogénique suite à une ischémie. Cependant, les mécanismes précis impliqués dans cette physiopathologie sont encore inconnus. Un point commun à tous ces facteurs de risque cardiovasculaire est l’augmentation du stress oxydant. Ainsi, le présent ouvrage visait à élucider l’influence de différents facteurs de risque cardiovasculaire et du stress oxydant sur la néovascularisation. Nos résultats démontrent que l’exposition à la fumée de cigarette et le vieillissement sont associés à une diminution de la néovascularisation en réponse à l’ischémie, et que ceci est au moins en partie causé par une augmentation du stress oxydant. De plus, nous démontrons que les acides gras dérivés de la diète peuvent affecter la réponse à l’ischémie tissulaire. La première étude du projet de recherche visait à évaluer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur la néovascularisation post-ischémique, et l’effet d’une thérapie antioxydante. L’exposition à la fumée de cigarette a été associée à une réduction significative de la récupération du flot sanguin et de la densité des vaisseaux dans les muscles ischémiques. Cependant, une récupération complète de la néovascularisation a été démontrée chez les souris exposées à la fumée de cigarette et traitées au probucol ou aux vitamines antioxydantes. Nous avons démontré qu’une thérapie antioxydante administrée aux souris exposées à la fumée de cigarette était associée à une réduction significative des niveaux de stress oxydant dans le plasma et dans les muscles ischémiques. De plus, les cellules endothéliales progénitrices (EPCs) exposées à de l’extrait de fumée de cigarette in vitro présentent une diminution significative de leur activité angiogénique (migration, adhésion et incorporation dans les tissus ischémiques) qui a été complètement récupérée par le probucol et les vitamines antioxydantes. La deuxième étude avait pour but d’investiguer le rôle potentiel de la NADPH oxydase (Nox2) pour la modulation de la néovascularisation post-ischémique dans le contexte du vieillissement. Nous avons trouvé que l’expression de la Nox2 est augmentée par le vieillissement dans les muscles ischémiques des souris contrôles. Ceci est associé à une réduction significative de la récupération du flot sanguin après l’ischémie chez les vieilles souris contrôles comparées aux jeunes. Nous avons aussi démontré que la densité des capillaires et des artérioles est significativement réduite dans les muscles ischémiques des animaux vieillissants alors que les niveaux de stress oxydant sont augmentés. La déficience en Nox2 réduit les niveaux de stress oxydant dans les tissus ischémiques et améliore la récupération du flot sanguin et la densité vasculaire chez les animaux vieillissants. Nous avons aussi démontré que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et adhésion à des cellules endothéliales matures) est significativement diminuée chez les souris vieillissantes comparée aux jeunes. Cependant, la déficience en Nox2 est associée à une récupération de l’activité fonctionnelle des EPCs chez les animaux vieillissants. Nous avons également démontré une augmentation pathologique du stress oxydant dans les EPCs isolées d’animaux vieillissants. Cette augmentation de stress oxydant dans les EPCs n’est pas présente chez les animaux déficients en Nox2. La troisième étude du projet de recherche a investigué l’effet des acides gras dérivés de la diète sur la néovascularisation postnatale. Pour ce faire, les souris ont reçu une diète comprenant 20% d’huile de maïs (riche en oméga-6) ou 20% d’huile de poisson (riche en oméga-3). Nos résultats démontrent qu’une diète riche en oméga-3 améliore la néovascularisation post-ischémique au niveau macro-vasculaire, micro-vasculaire et clinique comparée à une diète riche en oméga-6. Cette augmentation de la néovascularisation postnatale est associée à une réduction du ratio cholestérol total/cholestérol HDL dans le sérum et à une amélioration de la voie VEGF/NO dans les tissus ischémiques. De plus, une diète riche en acides gras oméga-3 est associée à une augmentation du nombre d’EPCs au niveau central (moelle osseuse) et périphérique (rate). Nous démontrons aussi que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et incorporation dans des tubules de cellules endothéliales matures) est améliorée et que le niveau de stress oxydant dans les EPCs est réduit par la diète riche en oméga-3. En conclusion, nos études ont permis de déterminer l’impact de différents facteurs de risque cardiovasculaire (tabagisme et vieillissement) et des acides gras dérivés de la diète (oméga-3) sur la néovascularisation post-ischémique. Nous avons aussi identifié plusieurs mécanismes qui sont impliqués dans cette physiopathologie. Globalement, nos études devraient contribuer à mieux comprendre l’effet du tabagisme, du vieillissement, des oméga-3, et du stress oxydant sur l’évolution des maladies vasculaires ischémiques. / Atherosclerosis is the main cause of myocardial infarction, sudden cardiac death, stroke and lower limb ischemia. It is responsible for nearly half of all deaths in industrialized countries. When atherosclerotic arterial obstructions are so important that direct revascularization techniques cannot be successfully performed, the severity of residual tissue ischemia depends on the ability of the organism to spontaneously develop new blood vessels (neovascularization). Postnatal neovascularization is the result of two phenomena: the formation of new bloods vessels from the existing vasculature (angiogenesis) and vessel formation from progenitor cells (vasculogenesis). Our laboratory has demonstrated that several cardiovascular risk factors (smoking, aging, and hypercholesterolemia) also impair the angiogenic response after ischemia. However, the precise mechanisms involved in that pathophysiology are still unknown. A common feature of all the cardiovascular risk factors is increased oxidative stress. Therefore, the purpose of the present work was to elucidate the influence of cardiovascular risk factors and oxidative stress on neovascularization. Our results demonstrate that exposure to cigarette smoke and aging are associated with impaired neovascularization in response to ischemia, and that this is at least in part due to increased oxidative stress. In addition, we demonstrate that fatty acids derived from the diet can modulate the response to tissue ischemia. The first study of the research project evaluated the effect of cigarette smoke exposure on neovascularization in response to ischemia, and the effect of an antioxidant therapy. Exposure to cigarette smoke was associated with a significant reduction in the recovery of blood flow perfusion and vessel density in ischemic muscles. However, a complete recovery of neovascularization was demonstrated in mice exposed to cigarette smoke that were treated with probucol or antioxidant vitamins. We found that antioxidant therapy in mice exposed to cigarette smoke was associated with a significant reduction of oxidative stress levels in the plasma and in ischemic muscles. In addition, endothelial progenitor cells (EPCs) exposed to cigarette smoke extracts in vitro showed a significant decrease in their angiogenic activities (migration, adhesion and homing into ischemic tissues) that was completely rescued by probucol and antioxidants vitamins. The goal of the second study was to investigate the potential role of NADPH oxidase (Nox2) in the modulation of ischemia-induced neovascularization in the context of aging. We found that the expression of Nox2 is increased by aging in ischemic muscles of control mice. This is associated with a significant reduction of blood flow recovery after ischemia in older compared to young control mice. We also demonstrated that the density of capillaries and arterioles is significantly reduced in ischemic muscles of older animals, whereas oxidative stress levels are increased. Nox-2 deficiency reduces oxidative stress levels in ischemic tissues and improves blood flow recovery and vascular densities in older animals. We also demonstrated that the functional activities of EPCs (migration and adhesion to mature endothelial cells) were significantly reduced in older compared to young mice. However, Nox2 deficiency is associated with preserved EPCs functional activities in older animals. We also demonstrated an age-dependent pathological increase of oxidative stress in EPCs that is not found in Nox2-deficient animals. The third study of the research project investigated the effect of fatty acids derived from the diet on postnatal neovascularization. To this end, mice received a diet containing either 20% corn oil (rich in omega-6) or 20% fish oil (rich in omega-3). Our results demonstrate that an omega-3 rich diet increases neovascularization in response to ischemia at the macrovascular, microvascular and clinical level compared to an omega-6 rich diet. This increased postnatal neovascularization is associated with decreased total cholesterol/HDL cholesterol ratio in the serum and improved VEGF/NO pathway in ischemic tissues. In addition, the omega-3 rich diet is associated with a significant increase of central (bone marrow) and peripheral (spleen) EPCs. We also show that the functional activities of EPCs (migration and incorporation into tubules) are improved and oxidative stress level in EPCs is reduced by the omega-3 rich diet. In conclusion, our studies have clarified the impact of cardiovascular risk factors (smoking and aging) and fatty acids derived from the diet (omega-3) on ischemia-induced neovascularization. We have also identified several mechanisms involved in that physiopathology. Globally, our studies should contribute to a better understanding of the effects of cigarette smoking, aging and omega-3 on the evolution of ischemic vascular diseases.

L’athérosclérose est la principale cause d’infarctus du myocarde, de mort subite d’origine cardiaque, d’accidents vasculaires cérébraux et d’ischémie des membres inférieurs. Celle-ci cause près de la moitié des décès dans les pays industrialisés. Lorsque les obstructions artérielles athérosclérotiques sont tellement importantes que les techniques de revascularisation directe ne peuvent être effectuées avec succès, la sévérité de l’ischémie tissulaire résiduelle dépendra de l’habilité de l’organisme à développer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins (néovascularisation). La néovascularisation postnatale est le résultat de deux phénomènes : la formation de nouveaux vaisseaux à partir de la vasculature existante (angiogenèse) et la formation de vaisseaux à partir de cellules souches progénitrices (vasculogenèse). Notre laboratoire a démontré que plusieurs facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (tabagisme, vieillissement, hypercholestérolémie) diminuaient également la réponse angiogénique suite à une ischémie. Cependant, les mécanismes précis impliqués dans cette physiopathologie sont encore inconnus. Un point commun à tous ces facteurs de risque cardiovasculaire est l’augmentation du stress oxydant. Ainsi, le présent ouvrage visait à élucider l’influence de différents facteurs de risque cardiovasculaire et du stress oxydant sur la néovascularisation. Nos résultats démontrent que l’exposition à la fumée de cigarette et le vieillissement sont associés à une diminution de la néovascularisation en réponse à l’ischémie, et que ceci est au moins en partie causé par une augmentation du stress oxydant. De plus, nous démontrons que les acides gras dérivés de la diète peuvent affecter la réponse à l’ischémie tissulaire. La première étude du projet de recherche visait à évaluer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur la néovascularisation post-ischémique, et l’effet d’une thérapie antioxydante. L’exposition à la fumée de cigarette a été associée à une réduction significative de la récupération du flot sanguin et de la densité des vaisseaux dans les muscles ischémiques. Cependant, une récupération complète de la néovascularisation a été démontrée chez les souris exposées à la fumée de cigarette et traitées au probucol ou aux vitamines antioxydantes. Nous avons démontré qu’une thérapie antioxydante administrée aux souris exposées à la fumée de cigarette était associée à une réduction significative des niveaux de stress oxydant dans le plasma et dans les muscles ischémiques. De plus, les cellules endothéliales progénitrices (EPCs) exposées à de l’extrait de fumée de cigarette in vitro présentent une diminution significative de leur activité angiogénique (migration, adhésion et incorporation dans les tissus ischémiques) qui a été complètement récupérée par le probucol et les vitamines antioxydantes. La deuxième étude avait pour but d’investiguer le rôle potentiel de la NADPH oxydase (Nox2) pour la modulation de la néovascularisation post-ischémique dans le contexte du vieillissement. Nous avons trouvé que l’expression de la Nox2 est augmentée par le vieillissement dans les muscles ischémiques des souris contrôles. Ceci est associé à une réduction significative de la récupération du flot sanguin après l’ischémie chez les vieilles souris contrôles comparées aux jeunes. Nous avons aussi démontré que la densité des capillaires et des artérioles est significativement réduite dans les muscles ischémiques des animaux vieillissants alors que les niveaux de stress oxydant sont augmentés. La déficience en Nox2 réduit les niveaux de stress oxydant dans les tissus ischémiques et améliore la récupération du flot sanguin et la densité vasculaire chez les animaux vieillissants. Nous avons aussi démontré que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et adhésion à des cellules endothéliales matures) est significativement diminuée chez les souris vieillissantes comparée aux jeunes. Cependant, la déficience en Nox2 est associée à une récupération de l’activité fonctionnelle des EPCs chez les animaux vieillissants. Nous avons également démontré une augmentation pathologique du stress oxydant dans les EPCs isolées d’animaux vieillissants. Cette augmentation de stress oxydant dans les EPCs n’est pas présente chez les animaux déficients en Nox2. La troisième étude du projet de recherche a investigué l’effet des acides gras dérivés de la diète sur la néovascularisation postnatale. Pour ce faire, les souris ont reçu une diète comprenant 20% d’huile de maïs (riche en oméga-6) ou 20% d’huile de poisson (riche en oméga-3). Nos résultats démontrent qu’une diète riche en oméga-3 améliore la néovascularisation post-ischémique au niveau macro-vasculaire, micro-vasculaire et clinique comparée à une diète riche en oméga-6. Cette augmentation de la néovascularisation postnatale est associée à une réduction du ratio cholestérol total/cholestérol HDL dans le sérum et à une amélioration de la voie VEGF/NO dans les tissus ischémiques. De plus, une diète riche en acides gras oméga-3 est associée à une augmentation du nombre d’EPCs au niveau central (moelle osseuse) et périphérique (rate). Nous démontrons aussi que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et incorporation dans des tubules de cellules endothéliales matures) est améliorée et que le niveau de stress oxydant dans les EPCs est réduit par la diète riche en oméga-3. En conclusion, nos études ont permis de déterminer l’impact de différents facteurs de risque cardiovasculaire (tabagisme et vieillissement) et des acides gras dérivés de la diète (oméga-3) sur la néovascularisation post-ischémique. Nous avons aussi identifié plusieurs mécanismes qui sont impliqués dans cette physiopathologie. Globalement, nos études devraient contribuer à mieux comprendre l’effet du tabagisme, du vieillissement, des oméga-3, et du stress oxydant sur l’évolution des maladies vasculaires ischémiques. / Atherosclerosis is the main cause of myocardial infarction, sudden cardiac death, stroke and lower limb ischemia. It is responsible for nearly half of all deaths in industrialized countries. When atherosclerotic arterial obstructions are so important that direct revascularization techniques cannot be successfully performed, the severity of residual tissue ischemia depends on the ability of the organism to spontaneously develop new blood vessels (neovascularization). Postnatal neovascularization is the result of two phenomena: the formation of new bloods vessels from the existing vasculature (angiogenesis) and vessel formation from progenitor cells (vasculogenesis). Our laboratory has demonstrated that several cardiovascular risk factors (smoking, aging, and hypercholesterolemia) also impair the angiogenic response after ischemia. However, the precise mechanisms involved in that pathophysiology are still unknown. A common feature of all the cardiovascular risk factors is increased oxidative stress. Therefore, the purpose of the present work was to elucidate the influence of cardiovascular risk factors and oxidative stress on neovascularization. Our results demonstrate that exposure to cigarette smoke and aging are associated with impaired neovascularization in response to ischemia, and that this is at least in part due to increased oxidative stress. In addition, we demonstrate that fatty acids derived from the diet can modulate the response to tissue ischemia. The first study of the research project evaluated the effect of cigarette smoke exposure on neovascularization in response to ischemia, and the effect of an antioxidant therapy. Exposure to cigarette smoke was associated with a significant reduction in the recovery of blood flow perfusion and vessel density in ischemic muscles. However, a complete recovery of neovascularization was demonstrated in mice exposed to cigarette smoke that were treated with probucol or antioxidant vitamins. We found that antioxidant therapy in mice exposed to cigarette smoke was associated with a significant reduction of oxidative stress levels in the plasma and in ischemic muscles. In addition, endothelial progenitor cells (EPCs) exposed to cigarette smoke extracts in vitro showed a significant decrease in their angiogenic activities (migration, adhesion and homing into ischemic tissues) that was completely rescued by probucol and antioxidants vitamins. The goal of the second study was to investigate the potential role of NADPH oxidase (Nox2) in the modulation of ischemia-induced neovascularization in the context of aging. We found that the expression of Nox2 is increased by aging in ischemic muscles of control mice. This is associated with a significant reduction of blood flow recovery after ischemia in older compared to young control mice. We also demonstrated that the density of capillaries and arterioles is significantly reduced in ischemic muscles of older animals, whereas oxidative stress levels are increased. Nox-2 deficiency reduces oxidative stress levels in ischemic tissues and improves blood flow recovery and vascular densities in older animals. We also demonstrated that the functional activities of EPCs (migration and adhesion to mature endothelial cells) were significantly reduced in older compared to young mice. However, Nox2 deficiency is associated with preserved EPCs functional activities in older animals. We also demonstrated an age-dependent pathological increase of oxidative stress in EPCs that is not found in Nox2-deficient animals. The third study of the research project investigated the effect of fatty acids derived from the diet on postnatal neovascularization. To this end, mice received a diet containing either 20% corn oil (rich in omega-6) or 20% fish oil (rich in omega-3). Our results demonstrate that an omega-3 rich diet increases neovascularization in response to ischemia at the macrovascular, microvascular and clinical level compared to an omega-6 rich diet. This increased postnatal neovascularization is associated with decreased total cholesterol/HDL cholesterol ratio in the serum and improved VEGF/NO pathway in ischemic tissues. In addition, the omega-3 rich diet is associated with a significant increase of central (bone marrow) and peripheral (spleen) EPCs. We also show that the functional activities of EPCs (migration and incorporation into tubules) are improved and oxidative stress level in EPCs is reduced by the omega-3 rich diet. In conclusion, our studies have clarified the impact of cardiovascular risk factors (smoking and aging) and fatty acids derived from the diet (omega-3) on ischemia-induced neovascularization. We have also identified several mechanisms involved in that physiopathology. Globally, our studies should contribute to a better understanding of the effects of cigarette smoking, aging and omega-3 on the evolution of ischemic vascular diseases.