Le facteur Willebrand (VWF) est une proteine multimerique qui a une sensibilite unique aux forces de cisaillement et aux variations hemodynamiques du flux sanguin comme celles rencontrees lors d’utilisation de dispositifs cardiovasculaires tels qu’un remplacement valvulaire aortique transcatheter (TAVI) ou un assistance circulatoire mecanique a flux continu (ACM-FC). Des travaux anterieurs nous ont permis de mettre en evidence une secretion endotheliale declenchee par les modifications du flux liees a l’utilisation de ces dispositifs.Dans la première partie de la these, nous avons choisi d’etudier le role de la pulsatilite arterielle dans la reponse endotheliale a l’aide de plusieurs modeles animaux porcins d’ACM-FC pour isoler le role de la pulsatilite dans un environnement a forces de cisaillement elevees et constantes. Nous avons observe dans un modele dose-reponse la relation entre le niveau de pulsatilite et la multimerisation du VWF et dans un modele en cross-over le caractere dynamique du relargage endothelial en reponse a des variations aigues de pulsatilite.Ces resultats nous ont permis de conceptualiser dans la deuxième partie l'utilisation du VWF dans l’evaluation de la severite des fuites paravalvulaires (FPV) post-procedure TAVI. Deux cohortes de 183 et 201 patients ont permis de demontrer l’excellente capacite diagnostique de l’analyse multimerique du VWF avec une sensibilite, une specificite et une valeur predictive negative de respectivement 92.3%, 94.9%, et 98.7%. Le test de diagnostic rapide TO-ADP (temps d’occlusion a l’ADP) donnait des resultats equivalents pour un seuil > 180 sec.Enfin dans la troisième partie de la these nous avons concu le design d’un essai clinique permettant d’evaluer la valeur ajoutee de l’utilisation de ce test de diagnostic rapide TO-ADP en salle de catheterisme pour l’amelioration des resultats proceduraux et cliniques des procedures TAVI. / Willebrand factor (VWF) is a multimeric protein that has a unique sensitivity to shear forces and hemodynamic variations in blood flow such as those encountered when using cardiovascular devices such as transcatheter aortic valve replacement (TAVI) or continuous flow mechanical circulatory assistance (CF-CAM).

5-HT2B receptor agonism causes cardiac valvulopathy, a condition characterized by thickening of the heart valves and as a result, regurgitation of blood within the heart. The anti-obesity drug fenfluramine, which was originally prescribed as an anorectic, was withdrawn from the market due to causing cardiac valvulopathy. Fenfluramine, after metabolism by N-dealkylation, produces the metabolite norfenfluramine, which acts as a more potent valvulopathogen. The same was seen with MDMA (ecstasy), a popular drug of abuse, which is metabolized by N-dealkylation to produce MDA, a more potent valvulopathogen. Glennon and co-workers. studied a series of 2,5-dimethoxy-4- substituted phenylisopropylamines (DOX type) hallucinogens and determined their affinities at the three types of 5-HT2 receptors. A high correlation was found between the affinities of these molecules at 5-HT2A and 5-HT2B receptors. Therefore, these hallucinogens have a high possibility of causing valvulopathy, which gives rise to a new class of valvulopathogens. Since certain hallucinogens have the common phenylisopropylamine structural scaffold as that of MDA and norfenfluramine, we conducted 3D-QSAR studies to identify the common structural features of these molecules that are responsible for their high affinities. We were unable to obtain a suitable CoMFA and CoMSIA model for 5-HT2B receptors, but we were able to obtain an internally and externally validated model for 5-HT2A receptor affinities which indicated the hydrophobicity of the substituent at the 4- position was essential for high affinity. Following up with this evidence, we conducted a correlation analysis for the hydrophobicity (π-value) of the 4-position substituent and found a positive correlation between the π-value and the affinity of the molecules. The same results were not observed for the volume of the substituents. We docked the molecules into the 5-HT2B receptor and successfully generated models of the putative interactions made by the DOX molecules and the receptor. In order to compare their binding modes with respect to known valvulopathogens, we also generated models for norfenfluramine and MDA. Our docking results revealed that DOX molecules bind in a more or less similar manner to valvulopathogens MDA and norfenfluramine. Ours is the first in silico model developed for the potent valvulopathogen MDA and the hallucinogenic DOX series of molecules.

Un lien entre certaines dysfonctions du système sérotoninergique et la survenue de valvulopathies a été suggéré par les lésions valvulaires observées au cours de l’utilisation chronique de certains agonistes des récepteurs 5-HT2 (dérivés de l’ergot de seigle, fenfluramine) et les atteintes tumorales carcinoïdes (qui entrainent une augmentation des taux de 5-HT circulante). Les lésions dégénératives associent une fibrose, une sténose et/ou une régurgitation des valves pouvant conduire à de nombreuses complications cardiovasculaires. À l’heure actuelle, il n’existe aucune thérapeutique pouvant freiner ou faire régresser les lésions. Nos travaux démontrent à partir de modèles animaux et cellulaires, l’implication effective des récepteurs 5-HT2B et 5-HT2A dans l’initiation des lésions. L’analyse histologique des valves à partir de nos modèles animaux a révélé la contribution des cellules endothéliales au cours des stades précoces. Ces cellules sont des progéniteurs endothéliaux (CD34+) recrutés à partir de la moelle au sein de la valve sous la stimulation des récepteurs 5-HT2 et par un mécanisme intracellulaire impliquant la eNOS. Des travaux ultérieurs permettront de mieux caractériser les différents types cellulaires et les biomarqueurs d’initiation du processus afin de déterminer de nouvelles pistes thérapeutiques. / Several studies have reported a strong correlation between the development of cardiac valve injury and some dysfunctions of the serotonergic system. Valve lesions are observed during the chronic use of some 5-HT2 receptors agonists (ergot derivates or fenfluramine derivatives) or are secondary to metastatic carcinoid tumours (with increased circulating 5-HT amount). These lesions show fibrosis, with thickened leaflets, valves stenosis and/or regurgitation followed by several cardiovascular complications. There is no medical treatment to stop or alter the natural course of the lesions. Surgical replacement by prosthesis is the only effective therapy. Our study based on animal and cellular pharmacological models, demonstrates the serotonergic system contribution through 5-HT2B and 5-HT2A receptors in the pathogenesis of valve degeneration. Histological analysis of the lesions reveals the contribution of endothelial cells to the initiation process. These cells are probably endothelial progenitors (CD34+) recruited inside the valve implying a NO-dependent mechanism. Further studies will characterize the specific cells to find biomarkers of valve remodelling initiation and at term, will identify best therapeutic targets around the serotonergic system.

L’hypothèse d’un lien entre valvulopathies et surexpression du système sérotoninergique fait suite aux lésions valvulaires observées lors de tumeurs carcinoïdes (taux sanguins de 5-HT élevés) et lors de l’utilisation chronique d’agonistes sérotoninergiques 5-HT2 (comme les dérivés de l’ergot de seigle, les fenfluramines). Le dogme actuel repose sur un effet prolifératif de la sérotonine, activant des cellules résidentes valvulaires, mais ne suffit pas à expliquer la dégénérescence de bioprothèses acellulaires. Nos travaux ont permis d’identifier des cellules progénitrices endothéliales (CD34+/CD309+), exprimant les récepteurs 5-HT2A et 5-HT2B, au sein de lésions valvulaires humaines aortiques et mitrales, quelle que soit l’étiologie de leur dégénérescence. Ils ont permis de mettre en évidence un rôle double de la sérotonine dans la dégénérescence valvulaire : 1) la stimulation des récepteurs 5-HT2B contribue à la mobilisation sanguine des progéniteurs CD34+ (recrutés à partir de la moelle osseuse, et migrant dans le tissu valvulaire), 2) le rôle des récepteurs 5-HT2 dans la transdifférenciation des progéniteurs endothéliaux en cellules activées, au sein de la matrice valvulaire. La suite de ce travail permettra de développer 1) un biomarqueur prédictif d’atteinte valvulaire, dans des populations à haut risque, 2) de développer un modèle cellulaire de valvulopathie pour étudier les mécanismes impliqués dans le remodelage valvulaire et leurs voies de signalisation, et 3) de déterminer des cibles thérapeutiques autour du système sérotoninergique, permettant de ralentir la progression des lésions et retarder l’exérèse chirurgicale, seule alternative actuelle.Abstract / Several studies have established an association between some cardiac valve injuries and overexpression of the serotonergic system. Valve lesions are observed following carcinoid tumours (with high blood levels of 5-HT) and during the chronic use of 5-HT2 serotonergic agonists (ergot derivatives or fenfluramines). The current dogma is based on a mitogenic effect of serotonin, by activating 5-HT2B receptors, leading to resident valvular cells proliferation, but does not explain the degeneration of acellular cardiac bioprosthesis. Our work identified endothelial progenitor cells (CD34 + / CD309 +), expressing 5-HT2A and 5-HT2B receptors, in human aortic and mitral valve lesions, regardless of the etiology of their degeneration. Our work highlights the dual role of serotonin in valvular degeneration: 1) stimulation of the 5-HT2B receptor contributes to blood mobilization of CD34+ progenitors (recruited from the bone marrow, and migrating in the valve tissue), 2) the role of 5-HT2 receptors in the transdifferentiation of endothelial progenitor cells in activated valvular cells. The results of this work could drive to the development of 1) a predictive biomarker of cardiac valve injuries in high-risk populations, 2) a model to study heart valve disease cellular and molecular mechanisms, and 3) identify therapeutic targets around the serotonergic system, to slower the progression of the lesions and delay surgical replacement, the only current alternative.