Les rétinopathies ischémiques (RI) sont la cause majeure de cécité chez les personnes âgées de moins de 65 ans. Il existe deux types de RIs soit la rétinopathie du prématuré (ROP) ainsi que la rétinopathie diabétique (RD). Les RIs sont décrites en deux phases soit la phase de vasooblitération, marquée par une perte importante de vaisseaux sanguins, et une phase de néovascularisation secondaire à lʼischémie menant à une croissance pathologique de vaisseaux. Cette seconde phase peut générer des complications cliniques telles quʼun oedème dans lʼhumeur vitré ainsi que le détachement de la rétine chez les patients déjà atteints dʼune RI. Les traitements approuvés pour les RIs visent à réduire la formation des vaisseaux pathologiques ou lʼoedème; mais ceux-ci malheureusement ne règlent pas les problèmes sous-jacents tels que la perte vasculaire et lʼischémie. La rétine est un tissu hautement vascularisé qui contribue à lʼirrigation et à lʼhoméostasie des neurones. Lʼinteraction neurovasculaire, comprenant de neurones, vaisseaux et cellules gliales, contribue au maintien de cette homéostasie. Durant le développement, les neurones et les cellules gliales jouent un rôle important dans la vascularisation de la rétine en sécrétant des facteurs qui stimulent l'angiogenèse. Cependant, nos connaissances sur lʼinteraction neurovasculaire dans les RIs sont limitées. En identifiant les interactions importantes entre les cellules composant cette unité neurovasculaire dans la rétine, nous pourrons viser des cibles qui engendreront une revascularisation seine afin de diminuer les signes pathologiques chez les patients atteints dʼune RI. Les travaux présentés dans cette thèse visent à mieux expliquer cette interaction neurovasculaire en soulignant des concepts importants propres aux RIs. En utilisant un modèle de rétinopathie induite par lʼoxygène chez la souris, qui reproduit les caractéristiques importantes de la ROP (et en certaines instances, la RD), nous identifions quelques molécules clés jouant un rôle significatif dans les RIs soit la sémaphorine 3A (sema3A), lʼIL-1β, ainsi que le récepteur PAR2. Nos résultats démontrent que Sema3A, sécrétée par les cellules ganglionnaires rétiniennes (CGRs) durant une ischémie, empêche la revascularisation normale et que cette expression est induite par lʼIL-1β provenant des microglies activées. En bloquant Sema3A directement ou via lʼinhibition de lʼIL- 1β, nous remarquons une revascularisation seine ainsi quʼune diminution importante des vaisseaux pathologiques. Cela nous indique que Sema3A est impliquée dans la guidance vasculaire et quʼelle contribue à la pathogenèse des RIs. Lʼactivation de façon exogène de PAR2, identifié aussi comme régulateur du récepteur de lʼIL-1β (IL- 1RI) sur les CGRs, se traduit par une diminution séquentielle de lʼIL-1RI et de Sema3A ce qui mène également à une revascularisation seine. En conclusion, ces travaux soulignent lʼimportance de lʼinteraction neurovasculaire ainsi que la guidance vasculaire dans les RIs. Ils renforcent lʼimportance de la communication entre neurone, vaisseau et microglie dans la pathogenèse des RIs. Finalement, nous identifions quelques molécules clés qui pourront servir comme cibles afin de lutter contre lʼischémie qui cause des problèmes vasculaires chez les patients atteints dʼune RI. / Ischemic retinopathies (IRs), namely, retinopathy of prematurity (ROP) and diabetic retinopathy (DR), are the major cause of blindness in persons under the age of 65. IRs are biphasic disorders described by an initial vasoobliterative phase marked by a persistent microvascular degeneration, which leads to ischemia. Retinal ischemia, secondary to vessel loss, incites a second neovascularization phase represented by an aberrant, misdirected neovessel formation into the vitreous, which can cause adverse clinical complications including vitreous hemorrhaging and tractional retinal detachment. While current treatments aim at reducing vitreous/retinal hemorrhaging and/or pathological pre-retinal neovascularization, these regimens fail to address the underlying problem; that is, microvascular decay and retinal ischemia. The retina is a highly metabolic tissue that requires a significant amount of nutrients and oxygen. This is supplied by an intricate and highly regulated vascular network required to maintain homeostasis and proper function. The intricate cellular interactions in the neurovascular unit – the consortium of vessel, neurons and support glia – are required for regulating and maintaining homeostasis under normal conditions. However, the understanding of how this unit functions under ischemic stress, that which is seen in patients suffering from IRs, is not well defined. The present work underlines several important concepts of neurovascular coupling in IRs in efforts to identify potential therapeutic agents that may help curb retinal ischemia by stimulating normal revascularization. Using a mouse model of oxygen-induced retinopathy (OIR), which reproduces the salient features of ROP (and in some instances DR), we identified key players involved in generating the pathophysiological signatures associated with IRs; namely, semaphorin3A (Sema3A), interleukin-1β (IL-1β) and protease-activated receptor 2 (PAR2). Our results show that neuronal-derived Sema3A, secreted by ischemic retinal ganglion cells (RGCs), acts as a potent vaso-repulsive molecules that impedes normal revascularization. Activated microglia contribute to this process by secreting IL-1β, which induces paracrine release of Sema3A expression contributing to microvascular decay as well as pathological pre-retinal neovascularization. Inhibition of Sema3A or IL-1β translates to rapid revascularization and, as a result, a significant reduction in pathological neovessel formation. These results demonstrate that Sema3A is directly involved in vascular guidance and precipitates the pathophysiological features associated with IRs. PAR2, found on RGCs, was also identified as a key regulatory mechanism involved in dampening IL-1β induced Sema3A mediated vascular decay by reducing IL-1 receptor (IL-1RI). Exogenous activation of neuronal PAR2 translates to a sequential reduction of both IL-1RI and Sema3A resulting in accelerated revascularization and consequentially pre-retinal neovascularization. In conclusion, these studies highlight the importance of neurovascular coupling associated with IRs. Herein, we demonstrate the consorted interaction between neuron, vessel and glia and its impact on shaping the retinal vasculature during disease. Moreover, we underscore the significant impact of neuronal guidance cues in manifesting the salient vascular features of IRs. Finally, we identify key players that may serve as potential therapeutic avenues in curbing retinal ischemia in efforts to reduce vascular complications associated with IRs.

Les canaux potassiques sensibles à l’ATP (KATP) jouent un rôle primordial dans plusieurs processus cellulaires. La modulation de ces canaux par des molécules activatrices constituerait des applications pharmacologiques et médicinales très intéressantes. À cet effet nous avons conçu et synthétisé de nouvelles molécules hybrides cromakalim-diazoxide et diazoxide-amine/aminoacide. Nous avons également, évalué l’activité myorelaxante de ces composés sur l’aorte de rates. Les résultats obtenus ne montrent pas un effet myorelaxant significatif. Des études sur d’autres tissus, notamment les cellules β pancréatiques et le muscle utérin, sont envisagées afin d’explorer une éventuelle sélectivité tissulaire. Par ailleurs, les interactions protéine-protéine jouent un rôle fondamental dans presque tous les processus cellulaires. Elles sont fortement impliquées dans la formation de la structure dimérique de la protéase du VIH-1 et l’agrégation du peptide β amyloïde impliquée dans la maladie d’Alzheimer. L’inhibition de ces interactions serait donc d’un avantage thérapeutique pour le traitement du SIDA et de la maladie d’Alzheimer. Nous avons conçu et synthétisé d’une part, des pinces moléculaires à base de motifs carbonylhydrazides et oligohydrazides (Azatide), et d’autre part, des molécules pentapeptidiques avec un peudoaminoacide central alcoolfluoré. Enfin, nous avons testé la capacité des pinces moléculaires à perturber le feuillet β terminal de la PR du VIH-1 afin d'inhiber sa dimérisation et donc son activité. Nous avons réalisé de même une étude de relation structure-activité et d’après l’ensemble des résultats obtenus, il semblerait que la flexibilité est délétère pour l’activité inhibitrice. Nous avons également évalué la capacité des nouvelles molécules peptidomimétiques alcool fluorées à accélérer ou inhiber l’agrégation du peptide Aβ1-42 dans le but de diminuer la présence de petits oligomères neurotoxiques. Les résultats obtenus sont très prometteurs, nous avons réussi à développer d’une part un pentapeptide capable d’inhiber totalement l’agrégation de Aβ1-42, et d’autre part des pseudopentapeptides capables d’accélérer son agrégation. Nous avons aussi démontré l’influence de l’atome de fluor sur la structuration d’un pentapeptide. Des études par RMN et DC sont en cours. / ATP-sensitive potassium channels (KATP) play an important role in many cellular processes. The modulation of these channels by activating molecules may constitute very interesting pharmacological and medicinal applications. For this purpose, we have designed and synthesized new hybrid molecules cromakalim-diazoxide and diazoxide-amine/aminoacid. We also evaluated the relaxant activity of these compounds on aorta of rats. The obtained results do not show a significant relaxant effect. Studies on other tissues, including pancreatic  cells and uterine muscle, are envisaged to explore the potency of these compounds and their possible tissue selectivity.Otherwise, Protein-protein interactions play a fundamental role in almost all cellular processes. They are strongly involved in the formation of the dimeric structure of HIV-1 protease and β amyloid peptide aggregation involved in Alzheimer's disease. Inhibition of these interactions would be a therapeutic advantage for the treatment of AIDS and Alzheimer's disease. We designed and synthesized on one hand, molecular tongs based on carbonylhydrazide oligohydrazid (Azatide) fragments and in the other hand, pentapeptide molecules with a central fluorinated and hydroxylated aminoacid. Finally, we tested the ability of molecular tongs to disrupt the terminal β sheet of the HIV-1 PR to inhibit its dimerization and thus its activity. We have also conducted a structure-activity relationship study and According to the results it seems that flexibility is detrimental to the inhibitory activity. We evaluated as well the ability of new fluorinated and hydroxylated peptidomimetics to accelerate or inhibit the aggregation of Aβ1-42 peptide in order to reduce the presence of small toxic oligomers. The results are very promising that we succeeded in developing a pentapeptide able to completely inhibit the aggregation of Aβ1-42, and in the other hand pseudopentapeptides able to accelerate its aggregation. We also demonstrated the influence of fluorine on the structure of a pentapeptides. Studies by NMR and DC are in progress.

Au cours de cette thèse, nous avons étudié deux protéines par RMN : la créatine kinase musculaire (CK-MM) et le domaine UIM-SH3 de la protéine STAM2, seuls ou en interaction avec leurs partenaires. La CK-MM est une enzyme active sous forme dimérique. Elle appartient à la famille des guanidino-kinases et intervient dans le processus énergétique de la cellule. Le but de l’étude était d’élucider le mode de fonctionnement de la CK-MM. Pour cela, nous avons enregistré des expériences de relaxation R1, R2 et des expériences de perturbation de déplacement chimique sur la CK-MM libre et complexée avec MgADP et sous forme TSAC. Ces expériences montrent que la boucle 320s, spécifique à la reconnaissance des substrats, possède une dynamique rapide en absence de substrats et une dynamique ralentie en présence de substrats. La fixation des substrats dans les sites actifs de la CK-MM induit des modifications conformationelles importantes. La protéine STAM2 est composée de deux UBDs : VHS, et UIM et d’un domaine SH3 connu pour interagir avec des déubiquitinases UBPY et AMSH. Cette protéine est impliquée dans la voie de dégradation lysosomale. L’objectif de cette étude est la caractérisation du complexe SH3/ubiquitine. Pour cela, nous avons enregistré des expériences de perturbation de déplacement chimique et de relaxation R1, R2 et nOes sur le complexe UIM-SH3/ubiquitine. Ces expériences mettent en évidence que les domaines UIM et SH3 sont capables d’interagir chacun avec une ubiquitine, avec une affinité de l’ordre de la centaine de micromolaire. L’interface entre les UBDs et l’ubiquitine implique majoritairement des résidus hydrophobes et conservés / In this thesis, we study two proteins by NMR: the muscular creatine kinase (CK-MM) and the SH3 domain of STAM2 protein, in the free and complexed forms. CK-MM is an active homodimeric enzyme which belongs to the guanidino-phosphagen-kinase family. This enzyme is involved in energetic process in the cell. The aim of this study is to elucidate the functional mode of the CK-MM. For this purpose, we measured R1 and R2 relaxation rates and chemical shit perturbation experiments on the substrate-free CK-MM, the CK-MM/MgADP complex, and the inhibitory ternary complex CK-MM/MgADP-creatine-nitrate. The experiments show that the loop 320s, specific recognition of the substrates, possesses a fast dynamic in absence of substrates (in the order of nano-picosecond) and a slower dynamic in presence of creatine-MgADP-nitrate ion. The binding of the substrate in the two active sites induces of significant conformational modification of the CK-MM. STAM2 protein consists in two ubiquitin binding domains (VHS and UIM) and a SH3 domain which interacts with deubiquinating enzymes AMSH and UBPY. This protein is involved in the lysosomal degradation pathway. The aim of this study is the characterization of the interaction between SH3 domain of STAM2 and ubiquitin. For this, we recorded the R1, R2, nOes relaxation experiments and chemical shift perturbation experiments on the UIM-SH3/ubiquitin complex. These experiments show that SH3 and UIM domains interact each with a single ubiquitin, with affinity of the order of hundred micromolars. The interface between these UBDs and ubiquitin, involves mainly hydrophobic and conserved amino-acids

Des progrès importants ont été réalisés dans la thérapie des personnes vivant avec le VIH (PVVIH) avec le développement d’antirétroviraux (ARV) de plus en plus efficaces, sûrs avec une bonne innocuité et tolérance. Cependant, des défis thérapeutiques demeurent chez les PVVIH dont le VIH pourrait être porteur de mutations génétiques conférant de la résistance aux traitements soit en raison d’une histoire d’échec thérapeutique antérieur soit en raison d’une exposition antérieure à une mono/bithérapie aux inhibiteurs nucléosidiques de la transcriptase inverse (INTI) (thérapie sous-optimale qui se faisait avant l’ère des trithérapies). Chez ces patients, les cliniciens peuvent tenter des combinaisons peu étudiées dans l’espoir de mieux contrôler la charge virale ou de réduire les effets secondaires. Ainsi, cette thèse par articles avait trois objectifs qui visaient à étudier des thérapies utilisées chez ces patients mais pour lesquelles il y a peu ou pas de données. Le premier objectif (article 1) consistait à déterminer si l'efficacité du régime ARV avec dolutégravir chez les patients stables (dont la charge virale est supprimée) variait en présence d'une histoire d’échec virologique ou d’exposition antérieure à la thérapie sous-optimale. Le deuxième objectif (article 2) visait à comparer l’issue virologique des PVVIH stables ayant un échec virologique documenté ou une exposition antérieure à la thérapie sous-optimale et qui ont maintenu leur régime inhibiteur de la protéase/ritonavir (IP/r) par rapport à ceux qui sont passés au dolutégravir. Finalement, le troisième objectif (article 3) était de comparer le risque d’échec virologique chez les PVVIH avec une histoire d’échec virologique ou de thérapie sous-optimale prenant un traitement non standard d’ARV composé d’abacavir/ténofovir disoproxil (ABC/TDF) avec un 3e ARV d’une classe différente par rapport à un régime composé d’un traitement de fond standard. Nous avons utilisé les données de la cohorte VIH du Québec qui regroupe 10 219 PVVIH suivies au niveau de quatre centres à Montréal incluant la Clinique de médecine urbaine du Quartier Latin (CMUQL), la Clinique médicale l’Actuel (CMA), le Centre hospitalier universitaire de Montréal (CHUM) et le Centre universitaire de santé McGill (CUSM). Une restriction à certains patients a été réalisée pour chacun des objectifs. Les patients avec une charge virale indétectable qui avaient reçu une thérapie avec dolutégravir + 2 INTI à partir de 2013 ont été retenus pour l’objectif 1. Le modèle de risque proportionnel de Cox avec score de propension a été utilisé afin de comparer l’issue virologique des patients sous dolutégravir en fonction de l’exposition étudiée. Pour l’objectif 2, les patients stables avec une histoire d’échec virologique documenté ou d’exposition à une thérapie sous-optimale qui étaient sous IP/r + 2 INTI à partir de 2014 ont été sélectionnés. Le modèle de Cox structurel marginal a permis de voir l’effet du changement de traitement vers le dolutégravir + 2 INTI en comparaison avec ceux qui sont restés sur IP/r + 2 INTI. Pour l’objectif 3, les patients avec une histoire d’échec virologique documenté ou d’exposition à une thérapie sous-optimale qui étaient sous traitements de fond standards (abacavir/lamivudine, ténofovir disoproxil/emtricitabine, ténofovir disoproxil/lamivudine) avec un agent autre qu’un INTI à partir du 1er janvier 2006 ont été retenus. Le modèle multivarié proportionnel de Cox a été utilisé afin de comparer l’issue virologique des patients passés à un régime de thérapie inhabituelle à base d’ABC/TDF par rapport à ceux qui sont restés sur traitement de fond standard. L’article 1 a montré une efficacité similaire du dolutégravir chez les patients stables avec ou sans histoire d’échec virologique documenté ou d’exposition à une thérapie sous-optimale (Hazard ratio ajusté (HRa)=0,84 (IC95% : 0,35 - 2,01)). Dans l’article 2, aucune preuve d'un risque accru d'échec virologique n’a été trouvée chez les patients stables ayant déjà eu un échec virologique antérieur ou une exposition à une thérapie sous-optimale qui ont eu un changement de régime vers le dolutégravir en comparaison avec ceux qui ont maintenu leur régime IP/r (HRa=0,57 (IC95% : 0,21 - 1,52)). Dans l’article 3, une réduction non significative du risque d’échec virologique avec le traitement de fond non standard à base d’ABC/TDF a été trouvée par rapport au traitement de fond standard (HRa=0,45 (IC95% : 0,06 - 3,36)). En conclusion, les résultats de cette thèse n’ont pas montré un effet de la présence d’échec virologique antérieur ou d’exposition à une thérapie sous-optimale sur l’efficacité du dolutégravir. Par ailleurs, les résultats ont permis de constater que le changement vers le dolutégravir + 2 INTI pour des patients stables sur un régime IP/r + 2 INTI peut être envisagé malgré la présence ou la suspicion de mutation de résistance aux INTI. Ces résultats sont importants puisqu’ils devraient permettre de faire changer les guides cliniques concernant le dolutégravir chez les patients stables. Par contre, nos résultats n’ont pas réussi à montrer un avantage significatif à utiliser le traitement de fond à base d’ABC/TDF en comparaison au traitement de fond standard chez des patients présentant une histoire d’échec virologique ou d’exposition à la thérapie sous-optimale. / Significant progress has been made in treatment for people living with HIV (PLHIV) with the development of increasingly effective antiretroviral (ARV) therapy, safe with good tolerability. However, clinicians can sometimes face treatment challenges related to the monitoring of PLHIV whose HIV could carry genetic mutations conferring resistance to treatments either because of a history of virologic failure or because of previous exposure to mono/bitherapy to nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs) (suboptimal therapy that was provided before the era of triple therapy). In these patients, clinicians can sometimes try less studied combinations in the hopes to better control viral load or reduce side effects in these patients. Therefore, this thesis by articles had three objectives aiming to evaluate less studied therapies that are used in these patients. The first objective (Paper 1) was to determine whether the efficacy of ARV regimen with dolutegravir in stable patients (whose viral load is controlled) varied in the presence of a history of virologic failure or with a previous exposure to suboptimal therapy regimen. The second objective (Paper 2) was to study virologic outcome after switching to dolutegravir compared to remaining on a boosted protease inhibitor (PI/r) regimen in stables PLHIV with prior documented virologic failure or exposure to mono/dual NRTI. Finally, the third objective (Paper 3) was to compare the risk of virologic failure for PLHIV who have previous documented virologic failure or prior exposure to suboptimal therapy taking an ARV therapy composed of abacavir/tenofovor (ABC/TDF) with a third agent of a different class, versus an ARV regimen composed of a standard backbone also with a non-NRTI third agent. We used data from the Quebec HIV cohort which brings together clinical information from 10,219 PLHIV followed in four clinical care centers in Montreal including the “Clinique de médecine urbaine du Quartier Latin (CMUQL)”, “Clinique médicale l’Actuel (CMA)”, the “Centre hospitalier de l'Université de Montréal (CHUM)” and the “McGill University Health Center (MUHC)”. A restriction to some patients in the cohort was made with regards to each objective of this thesis. Patients with an undetectable viral load who had received therapy with dolutegravir +2 NRTI from 2013 were selected for the objective 1. A Cox proportional hazard model with propensity score was used to compare the virologic outcome of patients on dolutegravir according to the exposure. For objective 2, patients with an undetectable viral load with an history of documented virologic failure or exposure to suboptimal therapy who were on PI/r + 2 NRTI from 2014 were selected. A marginal structural Cox model was used to measure the effect of switching to dolutegravir +2 NRTI compared to those who remained on PI/r + 2 NRTI therapy. For objective 3, patients with a documented virologic failure or exposure to suboptimal therapy in standard backbone (abacavir/lamivudine, tenofovir disoproxil/emtricitabine, tenofovir disoproxil/lamivudine) with another agent from January 01, 2006 were selected. A Cox proportional multivariate model was used to compare the virologic outcome of patients who switched to a non-standard regimen including ABC/TDF therapy versus those who remained on standard backbone. The article 1 suggested similar virologic efficacy of dolutegravir in stables patients with or without an history of documented virologic failure or exposure to suboptimal therapy (adjusted Hazard Ratio (aHR)=0,84 (95%CI: 0,35 - 2,01)). In article 2, no evidence of an increased risk of virologic failure was found in stables patients who had a regimen switched to dolutegravir compared to those who maintained their regimen with PI/r in patients who have had previous virologic failure or exposure to suboptimal therapy (aHR=0,57 (95%CI: 0,21 - 1,52)). In article 3, a non-significant reduction in the risk of virologic failure with the non-standard backbone including ABC/TDF was found compared to standard backbone (aHR=0,45 (95%CI: 0,06 - 3,36)). In conclusion, the results of this thesis first suggested no effect of the presence of previous virologic failure or exposure to suboptimal therapy on the efficacy of dolutegravir in stables patients. In addition, the results showed that the switch to dolutegravir +2 NRTI for patients with an undetectable viral load on PI/r +2NRTI regimen can be considered despite the presence of proved or suspected NRTI resistance mutation. These results are of great importance as they should lead to changes the clinical guidelines for the use of dolutegravir in stable patients. On the other hand, our results failed to show a significant advantage to the use of the backbone ABC/TDF instead of standard backbones in patients with prior documented virologic failure or previous exposure to suboptimal therapy.