Expression of a beta-adrenergic receptor kinase 1 inhibitor prevents the development of myocardial failure in gene-targeted mice.

Heart failure is accompanied by severely impaired beta-adrenergic receptor (betaAR) function, which includes loss of betaAR density and functional uncoupling of remaining receptors. An important mechanism for the rapid desensitization of betaAR function is agonist-stimulated receptor phosphorylation by the betaAR kinase (betaARK1), an enzyme known to be elevated in failing human heart tissue. To investigate whether alterations in betaAR function contribute to the development of myocardial failure, transgenic mice with cardiac-restricted overexpression of either a peptide inhibitor of betaARK1 or the beta2AR were mated into a genetic model of murine heart failure (MLP-/-). In vivo cardiac function was assessed by echocardiography and cardiac catheterization. Both MLP-/- and MLP-/-/beta2AR mice had enlarged left ventricular (LV) chambers with significantly reduced fractional shortening and mean velocity of circumferential fiber shortening. In contrast, MLP-/-/betaARKct mice had normal LV chamber size and function. Basal LV contractility in the MLP-/-/betaARKct mice, as measured by LV dP/dtmax, was increased significantly compared with the MLP-/- mice but less than controls. Importantly, heightened betaAR desensitization in the MLP-/- mice, measured in vivo (responsiveness to isoproterenol) and in vitro (isoproterenol-stimulated membrane adenylyl cyclase activity), was completely reversed with overexpression of the betaARK1 inhibitor. We report here the striking finding that overexpression of this inhibitor prevents the development of cardiomyopathy in this murine model of heart failure. These findings implicate abnormal betaAR-G protein coupling in the pathogenesis of the failing heart and point the way toward development of agents to inhibit betaARK1 as a novel mode of therapy.

Failure mechanisms of ACF joints under isothermal ageing

The possible failure mechanisms of anisotropic conductive film (ACF) joints under isothermal ageing conditions have been identified through experiments. It has been found that ACF joints formed at higher bonding temperatures can prevent increases in the contact resistance for any ageing temperature. The higher the ageing temperature the higher the electrical failure rate is. The formation of conduction gaps between the conductive particles and the pads and damages to the metal coatings of the particle have been identified as the reasons behind the electrical failures during ageing. In order to understand the mechanism for the formation of the conduction gap and damages in metal coatings during the isothermal ageing, computer modelling has been carried out and the results are discussed extensively. The computer analysis shows that stresses concentrate at the edges of the particle–pad interface, where the adhesive matrix meets the particle. This could lead to subsequent damages and reductions in the adhesion strength in that region and it is possible for the conductive particle to be detached from the pad and the adhesive matrix. It is believed that because of this a conduction gap appears. Furthermore, under thermal loading the thermal expansion of the adhesive matrix squeezes the conductive particle and damages the metal coatings. Experimental evidences support this computational finding. It is, therefore, postulated that if an ACF-based electronic component operates in a high temperature aging condition, its electrical and mechanical functionalities will be at risk.

Cement mantle fatigue failure in total hip replacement: Experimental and computational testing

One possible loosening mechanism of the femoral component in total hip replacement is fatigue cracking of the cement mantle. A computational method capable of simulating this process may therefore be a useful tool in the preclinical evaluation of prospective implants. In this study, we investigated the ability of a computational method to predict fatigue cracking in experimental models of the implanted femur construct. Experimental specimens were fabricated such that cement mantle visualisation was possible throughout the test. Two different implant surface finishes were considered: grit blasted and polished. Loading was applied to represent level gait for two million cycles. Computational (finite element) models were generated to the same geometry as the experimental specimens, with residual stress and porosity simulated in the cement mantle. Cement fatigue and creep were modelled over a simulated two million cycles. For the polished stem surface finish, the predicted fracture locations in the finite element models closely matched those on the experimental specimens, and the recorded stem displacements were also comparable. For the grit blasted stem surface finish, no cement mantle fractures were predicted by the computational method, which was again in agreement with the experimental results. It was concluded that the computational method was capable of predicting cement mantle fracture and subsequent stem displacement for the structure considered. (C) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Putrescine Reduces Antibiotic-Induced Oxidative Stress as a Mechanism of Modulation of Antibiotic Resistance in Burkholderia cenocepacia

Communication of antibiotic resistance among bacteria via small molecules is implicated in transient reduction of bacterial susceptibility to antibiotics, which could lead to therapeutic failures aggravating the problem of antibiotic resistance. Released putrescine from the extremely antibiotic resistant bacterium Burkholderia cenocepacia protects less resistant cells from different species against the antimicrobial peptide polymyxin B (PmB). Exposure of B. cenocepacia to sub-lethal concentrations of PmB and other bactericidal antibiotics induce reactive oxygen species (ROS) production and expression of the oxidative stress response regulator OxyR. We evaluated whether putrescine alleviates antibiotic-induced oxidative stress. The accumulation of intracellular ROS such as superoxide ion and hydrogen peroxide was assessed fluorometrically with dichlorofluorescein diacetate, while the expression of OxyR and putrescine synthesis enzymes was determined in luciferase assays using chromosomal promoter-lux reporter system fusions. We evaluated wild type and isogenic deletion mutant strains with defects in putrescine biosynthesis after exposure to sub-lethal concentrations of PmB and other bactericidal antibiotics. Exogenous putrescine protected against oxidative stress induced by PmB and other antibiotics, whereas reduced putrescine synthesis resulted in increased ROS generation, and a parallel increased sensitivity to PmB. Of the 3 B. cenocepacia putrescine synthesizing enzymes, PmB induced only BCAL2641, an ornithine decarboxylase. This study exposes BCAL2641 as a critical component of the putrescine-mediated communication of antibiotic resistance, and as a plausible target for designing inhibitors that would block the communication of such resistance among different bacteria, ultimately reducing the window of therapeutic failure in treating bacterial infections.

An efficacy and mechanism evaluation study of Levosimendan for the Prevention of Acute oRgan Dysfunction in Sepsis (LeoPARDS): Protocol for a randomized controlled trial

Background

Organ dysfunction consequent to infection (‘severe sepsis’) is the leading cause of admission to an intensive care unit (ICU). In both animal models and early clinical studies the calcium channel sensitizer levosimendan has been demonstrated to have potentially beneficial effects on organ function. The aims of the Levosimendan for the Prevention of Acute oRgan Dysfunction in Sepsis (LeoPARDS) trial are to identify whether a 24-hour infusion of levosimendan will improve organ dysfunction in adults who have septic shock and to establish the safety profile of levosimendan in this group of patients.

This is a multicenter, randomized, double-blind, parallel group, placebo-controlled trial. Adults fulfilling the criteria for systemic inflammatory response syndrome due to infection, and requiring vasopressor therapy, will be eligible for inclusion in the trial. Within 24 hours of meeting these inclusion criteria, patients will be randomized in a 1:1 ratio stratified by the ICU to receive either levosimendan (0.05 to 0.2 μg.kg^-1.min^-1 or placebo for 24 hours in addition to standard care. The primary outcome measure is the mean Sequential Organ Failure Assessment (SOFA) score while in the ICU. Secondary outcomes include: central venous oxygen saturations and cardiac output; incidence and severity of renal failure using the Acute Kidney Injury Network criteria; duration of renal replacement therapy; serum bilirubin; time to liberation from mechanical ventilation; 28-day, hospital, 3 and 6 month survival; ICU and hospital length-of-stay; and days free from catecholamine therapy. Blood and urine samples will be collected on the day of inclusion, at 24 hours, and on days 4 and 6 post-inclusion for investigation of the mechanisms by which levosimendan might improve organ function. Eighty patients will have additional blood samples taken to measure levels of levosimendan and its active metabolites OR-1896 and OR-1855. A total of 516 patients will be recruited from approximately 25 ICUs in the United Kingdom.

This trial will test the efficacy of levosimendan to reduce acute organ dysfunction in adult patients who have septic shock and evaluate its biological mechanisms of action.

Retinal pigment epithelial cell multinucleation in the aging eye - a mechanism to repair damage and maintain homoeostasis

Retinal pigment epithelial (RPE) cells are central to retinal health and homoeostasis. Dysfunction or death of RPE cells underlies many age-related retinal degenerative disorders particularly age-related macular degeneration. During aging RPE cells decline in number, suggesting an age-dependent cell loss. RPE cells are considered to be postmitotic, and how they repair damage during aging remains poorly defined. We show that RPE cells increase in size and become multinucleate during aging in C57BL/6J mice. Multinucleation appeared not to be due to cell fusion, but to incomplete cell division, that is failure of cytokinesis. Interestingly, the phagocytic activity of multinucleate RPE cells was not different from that of mononuclear RPE cells. Furthermore, exposure of RPE cells in vitro to photoreceptor outer segment (POS), particularly oxidized POS, dose-dependently promoted multinucleation and suppressed cell proliferation. Both failure of cytokinesis and suppression of proliferation required contact with POS. Exposure to POS also induced reactive oxygen species and DNA oxidation in RPE cells. We propose that RPE cells have the potential to proliferate in vivo and to repair defects in the monolayer. We further propose that the conventionally accepted 'postmitotic' status of RPE cells is due to a modified form of contact inhibition mediated by POS and that RPE cells are released from this state when contact with POS is lost. This is seen in long-standing rhegmatogenous retinal detachment as overtly proliferating RPE cells (proliferative vitreoretinopathy) and more subtly as multinucleation during normal aging. Age-related oxidative stress may promote failure of cytokinesis and multinucleation in RPE cells.

Dietary Micronutrient Intake and Micronutrient Status in Patients With Chronic Stable Heart Failure: An Observational Study.

BACKGROUND: Observational studies suggest that patients with heart failure have a tendency to a reduced status of a number of micronutrients and that this may be associated with an adverse prognosis. A small number of studies also suggest that patients with heart failure may have reduced dietary intake of micronutrients, a possible mechanism for reduced status.

OBJECTIVE: The aims of this study were to assess dietary micronutrient intake and micronutrient status in a group of patients with heart failure.

METHODS: Dietary intake was assessed in 79 outpatients with chronic stable heart failure with a reduced ejection fraction using a validated food frequency questionnaire. Blood concentrations of a number of micronutrients, including vitamin D, were measured in fasting blood samples, drawn at the time of food frequency questionnaire completion.

RESULTS: More than 20% of patients reported intakes less than the reference nutrient intake or recommended intake for riboflavin, vitamin D, vitamin A, calcium, magnesium, potassium, zinc, copper, selenium, and iodine. More than 5% of patients reported intakes less than the lower reference nutrient intake or minimum recommended intake for riboflavin, vitamin D, vitamin A, calcium, magnesium, potassium, zinc, selenium, and iodine. Vitamin D deficiency (plasma total 25-hydroxy-vitamin D concentration <50 nmol/L) was observed in 75.6% of patients.

CONCLUSIONS: Vitamin D deficiency was common in this group of patients with heart failure. Based on self-reported dietary intake, a substantial number of individuals may not have been consuming enough vitamin D and a modest number of individuals may not have been consuming enough riboflavin, vitamin A, calcium, magnesium, potassium, zinc, copper, selenium, or iodine to meet their dietary needs.

Mitochondrial Transfer via Tunneling Nanotubes (TNT) is an Important Mechanism by which Mesenchymal Stem Cells Enhance Macrophage Phagocytosis in the in vitro and in vivo Models of ARDS

Mesenchymal stromal cells (MSC) have been reported to improve bacterial clearance in pre-clinical models of Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) and sepsis. The mechanism of this effect is not fully elucidated yet. The primary objective of this study was to investigate the hypothesis that the anti-microbial effect of MSC in vivo depends on their modulation of macrophage phagocytic activity which occurs through mitochondrial transfer. We established that selective depletion of alveolar macrophages (AM) with intranasal (IN) administration of liposomal clodronate resulted in complete abrogation of MSC anti-microbial effect in the in vivo model of E.coli pneumonia. Furthermore, we showed that MSC administration was associated with enhanced AM phagocytosis in vivo. We showed that direct co-culture of MSC with monocyte-derived macrophages (MDMs) enhanced their phagocytic capacity. By fluorescent imaging and flow cytometry we demonstrated extensive mitochondrial transfer from MSC to macrophages which occurred at least partially through TNT-like structures. We also detected that lung macrophages readily acquire MSC mitochondria in vivo, and macrophages which are positive for MSC mitochondria display more pronounced phagocytic activity. Finally, partial inhibition of mitochondrial transfer through blockage of TNT formation by MSC resulted in failure to improve macrophage bioenergetics and complete abrogation of the MSC effect on macrophage phagocytosis in vitro and the anti-microbial effect of MSC in vivo.

Collectively, this work for the first time demonstrates that mitochondrial transfer from MSC to innate immune cells leads to enhancement in phagocytic activity and reveals an important novel mechanism for the anti-microbial effect of MSC in ARDS.

Intraoperative hemodynamic instability during and after separation from cardiopulmonary bypass : importance, mechanism and prevention

Chaque année, environ 1 à 1,25 million d’individus subiront une chirurgie cardiaque. [1] Environ 36 000 chirurgies cardiaques sont effectuées au Canada et 8000 procédures au Québec (http://www.ccs.ca). Le vieillissement de la population aura pour conséquence que la chirurgie cardiaque sera offerte à des patients de plus en plus à risque de complications, principalement en raison d’une co-morbidité plus importante, d’un risque de maladie coronarienne plus élevée, [2] d’une réserve physiologique réduite et par conséquent un risque plus élevé de mortalité à la suite d’une chirurgie cardiaque. L’une des complications significatives à la suite d’une chirurgie cardiaque est le sevrage difficile de la circulation extracorporelle. Ce dernier inclut la période au début du sevrage de la circulation extracorporelle et s’étend jusqu’au départ du patient de la salle d’opération. Lorsque le sevrage de la circulation extracorporelle est associé à une défaillance ventriculaire droite, la mortalité sera de 44 % à 86 %. [3-7] Par conséquent le diagnostic, l’identification des facteurs de risque, la compréhension du mécanisme, la prévention et le traitement du sevrage difficile de la circulation extracorporelle seront d’une importance majeure dans la sélection et la prise en charge des patients devant subir une chirurgie cardiaque. Les hypothèses de cette thèse sont les suivantes : 1) le sevrage difficile de la circulation extracorporelle est un facteur indépendant de mortalité et de morbidité, 2) le mécanisme du sevrage difficile de la circulation extracorporelle peut être approché d’une façon systématique, 3) la milrinone administrée par inhalation représente une alternative préventive et thérapeutique chez le patient à risque d’un sevrage difficile de la circulation extracorporelle après la chirurgie cardiaque.

Cerebral edema and acute liver failure : pathophysiological mechanisms and new therapeutic approaches

L’encéphalopathie hépatique (EH) se développe chez les patients atteints d’une maladie du foie et se caractérise par de nombreuses anomalies neuropsychiatriques. L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par une perte progressive de l’état de conscience, par une augmentation rapide de l’œdème cérébral et une augmentation de la pression intracrânienne entraînant une herniation cérébrale et la mort. Plusieurs facteurs sont responsables du développement de l’EH mais depuis une centaine d’années, l’hyperammonémie qui peut atteindre des concentrations de l’ordre de plusieurs millimolaires chez les patients atteints d’IHA aux stades de coma est considérée comme un facteur crucial dans la pathogenèse de l’EH. La présente thèse comprend 4 articles suggérant l’implication de nouveaux mécanismes pathogéniques dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA et tente d’expliquer l’effet thérapeutique de l’hypothermie et de la minocycline dans la prévention de l’EH et de l’œdème cérébral: 1. L’IHA induite par dévascularisation hépatique chez le rat se caractérise par une augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (IL-6, IL-1, TNF-). Cette observation constitue la première évidence directe que des mécanismes neuro-inflammatoires jouent une rôle dans la pathogenèse de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA (Chapitre 2.1, articles 1 et 2). 2. L’activation de la microglie telle que mesurée par l’expression de marqueurs spécifiques (OX42, OX-6) coïncide avec le développement de l’encéphalopathie (stade coma) et de l’œdème cérébral et s’accompagne d’une production accrue de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (Chapitre 2.1, article 1 et 2). 3. Un stress oxydatif/nitrosatif causé par une augmentation de l’expression de l’oxyde nitrique synthétase et une augmentation de la synthèse d’oxyde nitrique cérébral participe à la pathogénèse des complications neurologiques de l’IHA (Chapitre 2.3, articles 3 et 4). 4. Des traitements anti-inflammatoires tels que l’hypothermie et la minocycline peuvent constituer de nouvelles approches thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA (Chapitre 2.1, article 1; Chapitre 2.2, article 2). 5. Les effets bénéfiques de l’hypothermie et de la minocycline sur les complications neurologiques de l’IHA expérimentale s’expliquent, en partie, par une diminution du stress oxydatif/nitrosatif (Chapitre 2.3, article 3; Chapitre 2.4, article 4).

Mechanism and Prediction of Post-Operative Atrial Fibrillation Based on Atrial Electrograms

La fibrillation auriculaire (FA) est une arythmie touchant les oreillettes. En FA, la contraction auriculaire est rapide et irrégulière. Le remplissage des ventricules devient incomplet, ce qui réduit le débit cardiaque. La FA peut entraîner des palpitations, des évanouissements, des douleurs thoraciques ou l’insuffisance cardiaque. Elle augmente aussi le risque d'accident vasculaire. Le pontage coronarien est une intervention chirurgicale réalisée pour restaurer le flux sanguin dans les cas de maladie coronarienne sévère. 10% à 65% des patients qui n'ont jamais subi de FA, en sont victime le plus souvent lors du deuxième ou troisième jour postopératoire. La FA est particulièrement fréquente après une chirurgie de la valve mitrale, survenant alors dans environ 64% des patients. L'apparition de la FA postopératoire est associée à une augmentation de la morbidité, de la durée et des coûts d'hospitalisation. Les mécanismes responsables de la FA postopératoire ne sont pas bien compris. L'identification des patients à haut risque de FA après un pontage coronarien serait utile pour sa prévention. Le présent projet est basé sur l'analyse d’électrogrammes cardiaques enregistrées chez les patients après pontage un aorte-coronaire. Le premier objectif de la recherche est d'étudier si les enregistrements affichent des changements typiques avant l'apparition de la FA. Le deuxième objectif est d'identifier des facteurs prédictifs permettant d’identifier les patients qui vont développer une FA. Les enregistrements ont été réalisés par l'équipe du Dr Pierre Pagé sur 137 patients traités par pontage coronarien. Trois électrodes unipolaires ont été suturées sur l'épicarde des oreillettes pour enregistrer en continu pendant les 4 premiers jours postopératoires. La première tâche était de développer un algorithme pour détecter et distinguer les activations auriculaires et ventriculaires sur chaque canal, et pour combiner les activations des trois canaux appartenant à un même événement cardiaque. L'algorithme a été développé et optimisé sur un premier ensemble de marqueurs, et sa performance évaluée sur un second ensemble. Un logiciel de validation a été développé pour préparer ces deux ensembles et pour corriger les détections sur tous les enregistrements qui ont été utilisés plus tard dans les analyses. Il a été complété par des outils pour former, étiqueter et valider les battements sinusaux normaux, les activations auriculaires et ventriculaires prématurées (PAA, PVA), ainsi que les épisodes d'arythmie. Les données cliniques préopératoires ont ensuite été analysées pour établir le risque préopératoire de FA. L’âge, le niveau de créatinine sérique et un diagnostic d'infarctus du myocarde se sont révélés être les plus importants facteurs de prédiction. Bien que le niveau du risque préopératoire puisse dans une certaine mesure prédire qui développera la FA, il n'était pas corrélé avec le temps de l'apparition de la FA postopératoire. Pour l'ensemble des patients ayant eu au moins un épisode de FA d’une durée de 10 minutes ou plus, les deux heures précédant la première FA prolongée ont été analysées. Cette première FA prolongée était toujours déclenchée par un PAA dont l’origine était le plus souvent sur l'oreillette gauche. Cependant, au cours des deux heures pré-FA, la distribution des PAA et de la fraction de ceux-ci provenant de l'oreillette gauche était large et inhomogène parmi les patients. Le nombre de PAA, la durée des arythmies transitoires, le rythme cardiaque sinusal, la portion basse fréquence de la variabilité du rythme cardiaque (LF portion) montraient des changements significatifs dans la dernière heure avant le début de la FA. La dernière étape consistait à comparer les patients avec et sans FA prolongée pour trouver des facteurs permettant de discriminer les deux groupes. Cinq types de modèles de régression logistique ont été comparés. Ils avaient une sensibilité, une spécificité et une courbe opérateur-receveur similaires, et tous avaient un niveau de prédiction des patients sans FA très faible. Une méthode de moyenne glissante a été proposée pour améliorer la discrimination, surtout pour les patients sans FA. Deux modèles ont été retenus, sélectionnés sur les critères de robustesse, de précision, et d’applicabilité. Autour 70% patients sans FA et 75% de patients avec FA ont été correctement identifiés dans la dernière heure avant la FA. Le taux de PAA, la fraction des PAA initiés dans l'oreillette gauche, le pNN50, le temps de conduction auriculo-ventriculaire, et la corrélation entre ce dernier et le rythme cardiaque étaient les variables de prédiction communes à ces deux modèles.

Contractile response of femoral arteries in pigs with acute liver failure.

BACKGROUND: Acute liver failure (ALF) is characterized haemodynamically by a progressive hyperdynamic circulation. The pathophysiological mechanism is unknown, but impaired contractility of vascular smooth muscle may play an important role. The aim of this study was to evaluate the vascular response to stimulation with norepinephrine and angiotensin II in endothelium-denuded femoral artery rings. METHODS: Norwegian Landrace pigs weighing 27.1 +/- 0.5 kg (mean +/- sx (standard error of the mean)) were used. ALF was induced by performing a portacaval shunt followed by ligation of the hepatic arteries (n = 6). Sham-operated animals served as controls (n = 5). Cumulative isometric concentration contraction curves were obtained after in vitro stimulation of the femoral artery rings with either angiotensin II (10(-13) - 10(-5) mol/L) or norepinephrine (10(-13) - 10(-3) mol/L). RESULTS: Pigs suffering from ALF developed a hyperdynamic circulation with an increased ca^rdiac index (P = 0.017) and decreased systemic vascular resistance index (P = 0.015). Studies of the hind leg revealed a decreased vascular resistance index and increased blood flow compared to sham-operated controls (P = 0.003 and P = 0.01, respectively). Angiotensin II caused a concentration-dependent contraction of the arterial segments, with no significant differences in vascular responses between the two groups. Maximum force generated did not differ (55 +/- 7 versus 56 +/- 7 mN, P = 0.95). Furthermore, there were no differences for norepinephrine in the cumulative concentration-response curves and the maximum contractile force was not significantly different (87 +/- 8 versus 93 +/- 16 mN, P = 0.55). CONCLUSIONS: This study documents for the first time that there are no signs of endothelium-independent peripheral vascular hyporesponsiveness to angiotensin II and norepinephrine in pigs with ALF.

Mild hypothermia prevents cerebral edema and CSF lactate accumulation in acute liver failure.

Evidence from both clinical and experimental studies demonstrates that mild hypothermia prevents encephalopathy and brain edema in acute liver failure (ALF). As part of a series of studies to elucidate the mechanism(s) involved in this protective effect, groups of rats with ALF resulting from hepatic devascularization were maintained at either 37°C (normothermic) or 35°C (hypothermic), and neurological status was monitored in relation to cerebrospinal fluid (CSF) concentrations of ammonia and lactate. CSF was removed via implanted cisterna magna catheters. Mild hypothermia resulted in a delay in onset of encephalopathy and prevention of brain edema; CSF concentrations of ammonia and lactate were concomitantly decreased. Blood ammonia concentrations, on the other hand, were not affected by hypothermia in ALF rats. These findings suggest that brain edema and encephalopathy in ALF are the consequence of ammonia-induced impairment of brain energy metabolism and open the way for magnetic resonance spectroscopic monitoring of cerebral function in ALF. Mild hypothermia could be beneficial in the prevention of severe encephalopathy and brain edema in patients with ALF awaiting liver transplantation.

Characterization of polycystin-1 in ADPKD pathogenetic mechanism : biogenesis and functional implications by genetic approaches in mouse

La polykystose rénale autosomique dominante (ADPKD) est une des maladies génétiques les plus communes. ADPKD se manifeste le plus souvent au stade adulte par la présence de kystes rénaux, et bien souvent de kystes hépatiques, avec une progression très variable. ADPKD mène à une insuffisance rénale: les seuls recours sont la dialyse puis la transplantation rénale. Les mutations dispersées sur les gènes PKD1 (majoritairement; la protéine polycystine-1, PC1) et PKD2 (la protéine polycystine-2, PC2) sont responsables de l’ADPKD. Le mécanisme pathogénétique de perte de fonction (LOF) et donc d’un effet récessif cellulaire est évoqué comme causatif de l’ADPKD. LOF est en effet supporté par les modèles murins d’inactivation de gènes PKD1/PKD2, qui développent de kystes, quoique in utéro et avec une rapidité impressionnante dans les reins mais pas dans le foie. Malgré de nombreuses études in vitro, le rôle de PC1/PC2 membranaire/ciliaire reste plutôt hypothétique et contexte-dépendant. Ces études ont associé PC1/PC2 à une panoplie de voies de signalisation et ont souligné une complexité structurelle et fonctionnelle exceptionnelle, dont l’implication a été testée notamment chez les modèles de LOF. Toutefois, les observations patho-cellulaires chez l’humain dont une expression soutenue, voire augmentée, de PKD1/PC1 et l’absence de phénotypes extrarénaux particuliers remet en question l’exclusivité du mécanisme de LOF. Il était donc primordial 1) d’éclaircir le mécanisme pathogénétique, 2) de générer des outils in vivo authentiques d’ADPKD en terme d’initiation et de progression de la maladie et 3) de mieux connaitre les fonctions des PC1/PC2 indispensables pour une translation clinique adéquate. Cette thèse aborde tous ces points. Tout d’abord, nous avons démontré qu’une augmentation de PKD1 endogène sauvage, tout comme chez l’humain, est pathogénétique en générant et caractérisant en détail un modèle murin transgénique de Pkd1 (Pkd1TAG). Ce modèle reproduit non seulement les caractéristiques humaines rénales, associées aux défauts du cil primaire, mais aussi extrarénales comme les kystes hépatiques. La sévérité du phénotype corrèle avec le niveau d’expression de Pkd1 ce qui supporte fortement un modèle de dosage. Dans un deuxième temps, nous avons démontré par les études de complémentations génétiques que ces deux organes reposent sur une balance du clivage GPS de Pc1, une modification post-traductionelle typique des aGPCR, et dont l’activité et l’abondance semblent strictement contrôlées. De plus, nous avons caractérisé extensivement la biogénèse de Pc1 et de ses dérivés in vivo générés suite au clivage GPS. Nous avons identifié une toute nouvelle forme et prédominante à la membrane, la forme Pc1deN, en plus de confirmer deux fragments N- et C-terminal de Pc1 (NTF et CTF, respectivement) qui eux s’associent de manière non-covalente. Nous avons démontré de façon importante que le trafic de Pc1deN i.e., une forme NTF détachée du CTF, est toutefois dépendant de l’intégrité du fragment CTF in vivo. Par la suite, nous avons généré un premier modèle humanisant une mutation PKD1 non-sens tronquée au niveau du domaine NTF(E3043X) en la reproduisant chez une souris transgénique (Pkd1extra). Structurellement, cette mutation, qui mimique la forme Pc1deN, s’est également avérée causative de PKD. Le modèle Pkd1extra a permis entre autre de postuler l’existence d’une cross-interaction entre différentes formes de Pc1. De plus, nos deux modèles murins sont tous les deux associés à des niveaux altérés de c-Myc et Pc2, et soutiennent une implication réelle de ces derniers dans l’ADPKD tou comme une interaction fonctionnelle entre les polycystines. Finalement, nous avons démontré un chevauchement significatif entre l’ADPKD et le dommage rénal aigüe (ischémie/AKI) dont une expression augmentée de Pc1 et Pc2 mais aussi une stimulation de plusieurs facteurs cystogéniques tel que la tubérine, la β-caténine et l’oncogène c-Myc. Nos études ont donc apporté des évidences cruciales sur la contribution du gène dosage dans l’ADPKD. Nous avons développé deux modèles murins qui serviront d’outil pour l’analyse de la pathologie humaine ainsi que pour la validation préclinique ADPKD. L’identification d’une nouvelle forme de Pc1 ajoute un niveau de complexité supplémentaire expliquant en partie une capacité de régulation de plusieurs voies de signalisation par Pc1. Nos résultats nous amènent à proposer de nouvelles approches thérapeutiques: d’une part, le ciblage de CTF i.e., de style chaperonne, et d’autre part le ciblage de modulateurs intracellulaires (c-Myc, Pc2, Hif1α). Ensemble, nos travaux sont d’une importance primordiale du point de vue informatif et pratique pour un avancement vers une thérapie contre l’ADPKD. Le partage de voies communes entre AKI et ADPKD ouvre la voie aux approches thérapeutiques parallèles pour un traitement assurément beaucoup plus rapide.

Association of reduced extracellular brain ammonia, lactate, and intracranial pressure in pigs with acute liver failure.

We previously demonstrated in pigs with acute liver failure (ALF) that albumin dialysis using the molecular adsorbents recirculating system (MARS) attenuated a rise in intracranial pressure (ICP). This was independent of changes in arterial ammonia, cerebral blood flow and inflammation, allowing alternative hypotheses to be tested. The aims of the present study were to determine whether changes in cerebral extracellular ammonia, lactate, glutamine, glutamate, and energy metabolites were associated with the beneficial effects of MARS on ICP. Three randomized groups [sham, ALF (induced by portacaval anastomosis and hepatic artery ligation), and ALF+MARS] were studied over a 6-hour period with a 4-hour MARS treatment given beginning 2 hours after devascularization. Using cerebral microdialysis, the ALF-induced increase in extracellular brain ammonia, lactate, and glutamate was significantly attenuated in the ALF+MARS group as well as the increases in extracellular lactate/pyruvate and lactate/glucose ratios. The percent change in extracellular brain ammonia correlated with the percent change in ICP (r(2) = 0.511). Increases in brain lactate dehydrogenase activity and mitochondrial complex activity for complex IV were found in ALF compared with those in the sham, which was unaffected by MARS treatment. Brain oxygen consumption did not differ among the study groups. Conclusion: The observation that brain oxygen consumption and mitochondrial complex enzyme activity changed in parallel in both ALF- and MARS-treated animals indicates that the attenuation of increased extracellular brain ammonia (and extracellular brain glutamate) in the MARS-treated animals reduces energy demand and increases supply, resulting in attenuation of increased extracellular brain lactate. The mechanism of how MARS reduces extracellular brain ammonia requires further investigation.