L’objectif de ce travail a été de tester l’hypothèse selon laquelle l’effet bénéfique de l’administration de la forme recombinante de l’activateur tissulaire du plasminogène (rt-PA) chez le patient victime d’un accident vasculaire cérébral (AVC) ischémique ne résulte pas uniquement de son action fibrinolytique mais aussi de sa capacité à augmenter le brain-derived neurotrophic factor (BDNF) dans le cerveau. Dans ce but, nous avons conduit une première étude visant à évaluer chez l’animal sain, l’effet du rt-PA sur les taux cérébraux de BDNF. Dans une seconde approche, nous avons étudié l’effet du rt-PA sur les taux sériques de BDNF chez le patient victime d’un AVC ischémique et chez l’animal soumis à une ischémie cérébrale focale. Le sang a été prélevé chez l’Homme à l’admission (J0), J1, J7 et J90 après l’AVC, et chez le Rat avant et après (1h, 4h et 24h) l’ischémie. Le BDNF a été mesuré dans le cerveau par technique de Western blot et dans le sang par technique ELISA. Dans les deux études le rt-PA (Actilyse®) a été administré sous forme d’un bolus suivi d’une perfusion d’une heure. La première étude montre que 1) le rt-PA augmente les taux de BDNF dans l’hippocampe, 2) le traitement par MK801 (un antagoniste des récepteurs NMDA) mais pas par l’acide tranexamique (un inhibiteur de la plasmine) annule l’effet du rt-PA sur les taux de BDNF. La deuxième étude met en évidence que 1) la récupération neurologique est meilleure chez les patients recevant le rt-PA, 2) le traitement par rt-PA augmente les taux sériques de BDNF à J1 et J7 chez l’Homme, mais ne modifie pas les taux sanguins de BDNF chez l’animal, 3) les taux de BDNF ne sont pas corrélés à la récupération neurologique mais sont inversement corrélés au score cardiovasculaire du patient. En conclusion, nos résultats suggèrent que le rt-PA peut exercer un effet protecteur extra-fibrinolytique en augmentant les taux de BDNFm par une potentialisation de l’activité glutamatergique. Même si le rt-PA induit une meilleure récupération neurologique et augmente les taux circulants de BDNF chez les patients victimes d’un AVC, l’absence de corrélation entre ces deux paramètres n’est pas en faveur de l’utilisation du BDNF circulant comme un marqueur prédictif de récupération neurologique, mais pourrait être un reflet de la capacité de l’endothélium à sécréter le BDNF. / Our objective was to test the hypothesis that the beneficial effect of the administration of the recombinant form of tissue plasminogen activator (rt-PA) in ischemic stroke patient not only results from its fibrinolytic activity but also from its ability to increase brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in the brain. To this end, we conducted an initial study to evaluate the effect of rt-PA on brain BDNF levels in healthy animals. In a second study, we investigated the effect of rt-PA on serum BDNF levels in ischemic stroke patients and in animals subjected to permanent focal cerebral ischemia. Blood samples were obtained from patient on admission (D0), D1, D7 and D90 after stroke and in rats before and after (1h, 4h and 24h) ischemia. BDNF was measured in the brain by Western blot and in the blood by ELISA. In both studies, the rt-PA (Actilyse®) was administered as a bolus followed by an infusion of one hour. The first study evidences that 1) rt-PA increases the BDNF levels in the hippocampus, 2) treatment with MK801 (a NMDA receptor antagonist) but not with tranexamic acid (a plasmin inhibitor) canceled the effect of rt-PA on BDNF levels. The second study exhibits that 1) neurological recovery was higher in the patients receiving rt-PA, 2) treatment with rt-PA increases serum BDNF at D1 and D7 in patients, but does not change the blood BDNF levels in animals, 3) BDNF levels are not correlated with neurological recovery but are inversely correlated to the patient cardiovascular score. In conclusion, our results suggest that rt-PA may have a protective extra-fibrinolytic effect by increasing in BDNF levels through a potentiation of glutamatergic pathway. Although rt-PA induces a better neurological recovery and increases circulating BDNF levels in stroke patients, the lack of correlation between these two parameters is not in favor of using circulating BDNF as a predictive marker of neurological recovery, but could be a reflect of the endothelium ability to synthesize BDNF.

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Le seul traitement actuellement disponible pour les accidents vasculaires cérébraux d’origine ischémique est la thrombolyse par l’activateur tissulaire du plasminogène recombinant (rt-PA). Cependant, l’efficacité du rt-PA est souvent partielle ou absente, et des phénomènes de réocclusion du vaisseau peuvent être observés. Par ailleurs, l’administration de rt-PA est associée à un risque hémorragique. Il apparaît donc indispensable de rechercher les mécanismes à l’origine de la toxicité vasculaire du rt-PA, afin de pouvoir développer des stratégies capables de protéger le lit vasculaire. Parmi ces stratégies, notre équipe a montré dans des modèles expérimentaux que l’inhibition d’une enzyme nucléaire, la poly(ADP-ribose) polymérase ou PARP, permet de protéger la barrière hémato-encéphalique, de réduire les hémorragies et d’améliorer la reperfusion cérébrale suite à l’administration post-ischémique de rt-PA. Dans ce contexte, mon travail a consisté à étudier les mécanismes impliqués dans les altérations vasculaires associées à l’administration de rt-PA à la suite de l’ischémie. Mes travaux de recherche ont comporté un volet in vivo et un volet in vitro. Les études réalisées in vivo ont été menées dans un modèle murin d’ischémie cérébrale thrombo-embolique. Nos résultats indiquent que ni l’ischémie, ni le rt-PA, ni l’association au rt-PA d’un puissant inhibiteur de PARP, le PJ34, ne modifient à 24 heures la présence de dépôts de fibrine, marqueur d’hypoperfusion et de réocclusion. Nous nous sommes ensuite intéressés à deux marqueurs endothéliaux d’inflammation : VCAM-1 et ICAM-1, et avons montré que leur expression, qui augmente 24 heures après l’ischémie, n’est pas modifiée par le rt-PA. Enfin, l’association du PJ34 au rt-PA réduit significativement l’expression post-ischémique de VCAM-1, ce qui suggère le rôle de la PARP dans l’expression de cette molécule d’adhésion. La seconde partie de mon travail a été réalisée in vitro sur une lignée de cellules endothéliales cérébrales murines (bEnd.3). Le rt-PA est à l’origine de changements caractéristiques au niveau de l’organisation et de la morphologie de ces cellules. Ces changements ne sont pourtant associés ni à une dégradation de l’expression des molécules de jonctions inter-endothéliales (occludine, VE-cadhérine), ni à une augmentation de l’expression des marqueurs endothéliaux pro-inflammatoires (VCAM-1, ICAM-1). Nous nous sommes également intéressés à d’autres marqueurs de dysfonction endothéliale, les microparticules endothéliales (MPE). Nos résultats montrent que le rt-PA est à l’origine d’une augmentation importante de la libération des MPE. L’utilisation d’un inhibiteur de la protéine p38, le SB203580, et d’un inhibiteur de PARP, le PJ34, permet de réduire cette augmentation, ce qui suggère que p38 et la PARP pourraient être impliquées dans la production de MPE induite par le rt-PA. En conclusion, l’ensemble de ce travail contribue à préciser les effets vasculaires du rt-PA. Parmi ces effets, la mise en évidence de la production de MPE, via la PARP, est particulièrement novatrice. / Thrombolysis with recombinant tissue plasminogen activator (rt-PA) is currently the only approved pharmacological strategy for acute ischemic stroke. However, the efficacy of rt-PA is rarely complete, and arterial reocclusion can be observed. Furthermore, administration of rt-PA increases the risk of hemorrhagic transformations. Therefore, it is essential to seek mechanisms underlying the vascular toxicity of rt-PA in order to develop strategies protecting the vascular bed. Among these strategies, our laboratory has previously shown that inhibition of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP), a nuclear enzyme, protects the blood-brain barrier, reduces hemorrhagic transformations and improves cerebral reperfusion following the post-ischemic administration of rt-PA. In this context, the aim of the present work was to establish the post-ischemic mechanisms of rt-PA-induced vascular alterations. The research was divided into (1) in vivo experiments and (2) in vitro studies to examine the effect of rt-PA on the endothelium. The in vivo studies were performed in a mouse model of thrombo-embolic stroke induced by thrombin injection in the middle cerebral artery. Our results showed that neither ischemia, nor rt-PA, nor the association to rt-PA of the potent inhibitor of PARP PJ34 alter cerebral fibrin deposits, a marker of hypoperfusion and reocclusion, at 24 hours after ischemia. We then evaluated the expression of two endothelial markers of inflammation : VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1) and ICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1). Our results showed that their expressions increase 24 hours after ischemia and are not modified by rt-PA. Finally, the association of PJ34 to rt-PA significantly reduced the post-ischemic expression of VCAM-1, suggesting a role for PARP in the expression of this adhesion molecule. The second part of my work was carried out in vitro in cultures of mouse brain-derived endothelial cells bEnd.3. In the presence of rt-PA, the organization and the morphology of the endothelial cells radically changed. However, these changes were associated neither to a degradation of endothelial junction proteins (occludin, VE-cadherin (vascular endothelial-cadherin)), nor to an increase in the expression of pro-inflammatory endothelial markers (VCAM-1, ICAM-1). We were also interested in a recently identified marker of endothelial dysfunction : endothelial microparticles (EMP). Our results showed that rt-PA induces a significant increase in the EMP released by bEnd.3 cells. The use of a p38 inhibitor, SB203580, and the PARP inhibitor, PJ34, reduced this increase, suggesting that p38 and PARP could be involved in the EMP production induced by rt-PA. In conclusion, this work helps to clarify the vascular effects of rt-PA. Among these effects, the highlight of EMP production, through PARP pathway, is particularly original.

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) constituent un problème majeur de santé publique. Ils sont en majorité de type ischémique, c’est-à-dire liés à l’occlusion d’une artère cérébrale. Le seul traitement actuel de ces AVC ischémiques est la thrombolyse par l’activateur tissulaire du plasminogène recombinant (rt-PA). Cependant, ce traitement est associé à un risque élevé d’hémorragies intracérébrales post-ischémiques, encore appelées transformations hémorragiques (TH), qui contribuent à la dégradation neurologique des patients. Il apparaît donc indispensable de développer des stratégies à associer au rt-PA, afin de protéger le lit vasculaire et de réduire les TH. L’objectif de ce travail de thèse était d’étudier l’implication d’une enzyme, la poly(ADP-ribose)polymérase ou PARP, dans les effets délétères du rt-PA, et plus particulièrement au niveau de la barrière hémato-encéphalique (BHE). Nos travaux ont été menés dans un modèle d’ischémie cérébrale réalisé chez la souris. Dans ce modèle, nous avons mis en évidence le rôle de la PARP dans les TH induites par le rt-PA, grâce à deux techniques : le Western blot d’hémoglobine, permettant d’évaluer la quantité de sang présente dans le parenchyme cérébral, et l’Imagerie par Résonnance Magnétique. Afin de préciser les cibles de la PARP sous-tendant sa contribution aux TH post-thrombolyse, nous nous sommes intéressés à différents constituants de la BHE : la claudine-5, l’occludine et ZO-1 (zonula occludens-1), protéines des jonctions serrées, la VE-cadhérine des jonctions adhérentes et le collagène IV et la laminine, constituants de la lame basale. Nous avons montré que l’ischémie s’accompagne d’une dégradation de la claudine-5, de ZO-1, et de la VE-cadhérine qui est aggravée par le rt-PA ; l’administration d’un puissant inhibiteur de PARP, le PJ34, permet de s’opposer à la dégradation de ces protéines par le rt-PA. Une réduction de la dégradation de la laminine par le rt-PA a également été observée avec le PJ34. Grâce à une collaboration avec le Pr Bérézowski de Lens, nous avons pu montrer dans un modèle in vitro que le PJ34 est capable de traverser la BHE, à la fois dans des conditions « physiologiques » et dans des conditions mimant l’ischémie cérébrale (oxygen/glucose deprivation). Afin de déterminer les voies de signalisation modulées par la PARP conduisant à la dégradation de la BHE et aux TH, nous avons travaillé sur un modèle in vitro de cultures de cellules endothéliales (lignée bEnd.3). Sur ce modèle, nous avons d’ores et déjà pu mettre en évidence une mort cellulaire après un stress excitotoxique et le rôle de la PARP dans cette mort. L’ensemble de ces travaux a permis de démontrer le rôle de la PARP dans la dégradation de différents constituants de la BHE par le rt-PA à la suite de l’ischémie cérébrale. Les futures études in vitro sur cultures cellulaires devraient nous permettre d’explorer les mécanismes mis en jeu dans cette situation pathologique. Une meilleure connaissance de ces mécanismes renforcera l’intérêt des inhibiteurs de PARP pour la prévention des TH post-thrombolyse chez les patients victimes d’AVC ischémiques. / Stroke is a leading public health problem, the majority of which is ischemic, i.e. caused by the occlusion of a cerebral artery. The only pharmacological approved treatment for acute ischemic stroke is thrombolysis by recombinant tissue plasminogen activator (rt-PA). However, this treatment increases the risk of intracerebral hemorrhages, also called hemorrhagic transformations (HT), which contribute to the neurologic aggravation of the patients. It therefore appears essential to develop strategies protecting the vascular bed after cerebral ischemia in order to reduce these HT. The aim of the present work was therefore to study the implication of a nuclear enzyme, the poly(ADP-ribose)polymerase (PARP) in the vascular effects of rt-PA , with special concern for the blood-brain barrier (BBB). Focal cerebral ischemia was performed in mice by permanent endovascular occlusion of the left middle cerebral artery. In this model, we demonstrated the role of PARP in the rt-PA induced HT by two methods: the Western blot of hemoglobin to evaluate the quantity of blood in the cerebral parenchyma, and magnetic resonance imaging. In order to clarify the targets of PARP underlying its contribution to post-thrombolysis HT, we studied several components of the BBB by Western blot: proteins of tight junctions [claudin-5, occludin and zonula occludens-1 (ZO-1)], protein of adherens junction (VE-cadherin) and proteins of basal membrane (collagen IV and laminin). We demonstrated that ischemia induced a marked decrease of claudin-5, ZO-1 and VE-cadherin, which was aggravated by rt-PA. Administration of a potent PARP inhibitor, PJ34, counteracted the degradation of these proteins by rt-PA. A reduction of the degradation of the laminin by rt-PA was also shown with PJ34. Thanks to a collaboration with Pr Berezowski from Lens, we showed in an in vitro BBB model that PJ34 is able to cross the BBB in physiological condition and during oxygen and glucose deprivation, a condition that mimicks cerebral ischemia. In order to determine the molecular pathways modulated by PARP leading to the degradation of the BBB and to HT, we developed an in vitro model of endothelial cell culture (cell line bEnd.3). In this model, we have already shown a cell death after an excitotoxic stress and the role of PARP in this cell death. This work thus demonstrated the role of PARP in the degradation of different components of the BBB induced by rt-PA after cerebral ischemia. The future in vitro studies on cell culture will enable us to further understand the mechanisms implicated in this pathologic situation. A better knowledge of these mechanisms will increase the interest of the use of PARP inhibitors in the prevention of post-thrombolysis HT in patients suffering from ischemic stroke.

L'étude systématique de l'hémostase post-thrombolytique a été peu étudiée. Chez 80 malades thrombolysés consécutifs, une étude prospective a comporté l'étude – aux heures 0, 2 et 24 – des facteurs de l'hémostase suivants: fibrinogène, plasminogène, PDF (produits de dégradation de la fibrine et du fibrinogène), D-dimères, alpha2-antiplasmine et facteur XIII, ainsi que l'hématocrite et la numération plaquettaire. Des calculs statistiques approfondis ont exploré les corrélations des variations des facteurs hémostatiques entre eux et avec 37 paramètres cliniques et étiologiques. Processus moléculaires post-thrombolytiques. Le rt-PA induit deux processus, indépendants statistiquement à la 2ème heure: d'une part une élévation des PDF et des D-dimères; d'autre part, une baisse du fibrinogène, corrélée à une baisse du plasminogène (r=0,48, p=0.01), de l'alpha2-antiplasmine (r=0.48, p =0.004) et du facteur XIII (r=0.44, p=0.01). La baisse du plasminogène est corrélée significativement avec celle de l'alpha2-antiplasmine (r=0.77, p<0.001), et du facteur XIII (r=0.47, p=0.02). La mise en jeu de facteurs anti-fibrinolytiques, qui n'avait jamais été décrite précédemment, peut jouer un rôle dans une limitation de la fibrinolyse et dans la rethrombose. Des corrélations sont notées entre la baisse précoce du plasminogène et l'étiologie cardioembolique (p=0.04), et un mauvais pronostic final (p=0.03), possiblement en rapport la thrombolyse intense de gros caillots. Les hématomes intra-cérébraux parenchymateux (HP) sont liés significativement à la baisse du fibrinogène (p=0.01) et à l'augmentation des PDF (p=0.01). Une baisse du fibrinogène au-dessous de 2g/L multiplie la probabilité de HP précoce par un facteur 12,82. Ainsi est confirmé le modèle d'une “coagulopathie précoce avec dégradation du fibrinogène”», prédictive de l'hématome, proposé par l'équipe lyonnaise de thrombolyse en 2004 / A systematic study of post-thrombolytic haemostasis has rarely been performed. In 80 consecutive patients, we have prospectively studied at hours 0, 2 and 24 the following parameters: fibrinogen, plasminogen, alpha2-antiplasmin, factor XIII, fibrin(ogen) Degradation Products (FDP), D-dimers, haematocrit and platelet count. Comprehensive statistical studies calculated correlations of the haemostatic values betwen themselves and with 38 etiological and clinical parameters. Molecular dynamics. Two changes between h0 and h2 were statistically independent: an increase in FDP and D-Dimers; a decrease in fibrinogen, plasminogen, alpha2-antiplasmin and factor XIII. At h2, the decrease in fibrinogen was significantly correlated with that of plasminogen (0.48, p = 0.01), alpha2-antiplasmin (0.48, p = 0.004), and factor XIII (0.44, p = 0.01). The decrease in plasminogen was significantly correlated with those of antifibrinolytic components, alpha2-antiplasmin (r=0.77, p<0.001) and factor XIII (0.47, p=0.02). To our knowledge, such an activation of antifibrinolytic components had not hitherto been mentioned. The h2 decrease of plasminogen was correlated with cardioembolic etiology (p=0.04) and final poor oucome (p=0.03), a fact possibly due to intense thrombolysis of large clots. Patients having early parenchymal hematomas (PH) showed h2 haemostasis disturbances: high FDP (p=0.01), and low fibrinogen (p=0.01). The decrease in fibrinogen less than 2g/L multiplies the odds of early PH by a factor 12.82. Thus, we confirm the model of an “early fibrinogen degradation coagulopathy” predictive of hematomas, which had been coined by the Lyon thrombolysis team in 2004

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Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) constituent un problème majeur de santé publique, puisqu’ils représentent la 3ème cause de mortalité dans les pays industrialisés. À l’heure actuelle, l’activateur tissulaire du plasminogène recombinant (rt-PA) est le seul traitement pharmacologique à la phase aiguë des AVC ischémiques. Il s’agit d’un thrombolytique dont l’utilisation reste très limitée (<2% des patients). En effet, quand le rt-PA est administré au-delà de 4h30, aucune récupération fonctionnelle n’est observée chez le patient. De plus, les données cliniques et expérimentales ont montré que l’administration du rt-PA augmente fortement la survenue de transformations hémorragiques. Il apparaît donc indispensable de développer des stratégies permettant, d’une part, de s’opposer à ces transformations hémorragiques, et d’autre part, d’augmenter la fenêtre thérapeutique du rt-PA. Au vu de ces données, mon travail a consisté à préciser l’intérêt thérapeutique d’inhiber une enzyme, la poly(ADP-ribose)polymérase (PARP) pour s’opposer aux effets délétères du rt-PA au niveau vasculaire. Ces études ont été menées sur un modèle d’ischémie cérébrale thromboembolique réalisé chez la souris, consistant en une injection de thrombine dans l’artère cérébrale moyenne. Dans un 1er temps, nous avons caractérisé ce modèle, récemment décrit dans la littérature (2007) et nouveau dans notre laboratoire. Nos travaux ont montré pour la première fois que, dans ce modèle, le rt-PA à la dose de 0,9 mg/kg (dose utilisée chez l’homme) reproduit fidèlement les « 2 visages » du thrombolytique en clinique : la thrombolyse précoce (30 min après l’ischémie) est associée à des effets bénéfiques, en réduisant le déficit neurologique, le volume de la lésion et l’œdème cérébral, alors que l’administration tardive de rt-PA (4h après l’ischémie) entraîne une aggravation des transformations hémorragiques et une perte de l’amélioration fonctionnelle. Dans un 2ème temps, nous avons étudié l’implication de la PARP dans les transformations hémorragiques induites par l’administration tardive de rt-PA. Le traitement par le PJ34(1 et 3 mg/kg), un puissant inhibiteur de cette enzyme, réduit la dégradation des protéines de jonction de la barrière hémato-encéphalique et les transformations hémorragiques induites par le rt-PA. De plus, le PJ34 s’oppose non seulement à la toxicité vasculaire du rt-PA, mais réduit également le déficit neurologique, le volume de la lésion et l’œdème cérébral. En conclusion, l’ensemble de ce travail montre que l’inhibition de la PARP prolonge la fenêtre thérapeutique du rt-PA et permet une thrombolyse « sécurisée ». Cette stratégie pourrait être mise en place de manière précoce après l’ischémie (avant même l’arrivée du patient à l’hôpital) et augmenter le nombre de patients pouvant bénéficier d’une thrombolyse. / Stroke is the third leading cause of death worldwide and a major cause of disability. Tissue plasminogen activator (rt-PA) is the only approved treatment in the United States and Europe for acute ischemic stroke. Clinical data show that beyond its therapeutic time window (4.5 hours after stroke onset), rt-PA exerts no more neuroprotective effects. Furthermore, clinical data showed that rt-PA increases the hemorrhagic transformations. Therefore, there is a critical need to develop a novel drug that can reduce rt-PA’s deleterious effects and extend its therapeutic window. The aim of the present study was to examine whether Poly(ADP-ribose)polymerase (PARP) mediates the hemorrhagic transformations induced by rt-PA administration. We used a mouse model of thromboembolic stroke, which consists of a microinjection of thrombin in the middle cerebral artery. First, we showed that in the mouse thrombin stroke model, the "human" dose of rt-PA exhibits effects close to those observed in clinic. Later, we showed PARP is implicated in the vascular toxicity of rt-PA after cerebral ischemia. PJ34, a PARP inhibitor, preserves the blood brain barrier integrity, reduces rt-PA-induced hemorrhagic transformations, improves neurological outcomes and reduces brain infarction and edema. In conclusion, this work showed that PARP inhibitors could be relevant candidates to extend the therapeutic time window of rt-PA after stroke without increasing the risk of hemorrhagic transformations.

Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

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