Effects of oral calcium sensitizers on experimental heart failure

Suun kautta annosteltava kalsiumherkistäjä parantaa sydämen vajaatoimintaan liittyvää pumppausvajetta kokeellisissa sydämen vajaatoimintamalleissa Huolimatta viime vuosikymmenien lääketieteellisestä kehityksestä krooninen sydämen vajaatoiminta on silti edelleen vakava, elämänlaatua voimakkaasti rajoittava sairaus. Kalsiumherkistäjät ovat uusi, sydämen pumppausvoimaa lisäävä lääkeryhmä. Levosimendaani, kotimaista alkuperää oleva kalsiumherkistäjä, on kliinisessä käytössä akuutin vajaatoiminnan hoitoon suonensisäisesti ja lyhytaikaisesti annosteltavana valmisteena. Levosimendaanilla on aktiivinen metaboliitti, OR-1896, jonka oletetaan olevan vuorokauden mittaisen levosimendaani-infuusion jälkeen havaittujen useita päiviä kestävien hyödyllisisten vaikutuksisten takana. Levosimendaanin kroonisen, suun kautta tapahtuvan annostelun vaikutuksista tieto on vähäisempää, mutta sillä näyttää olevan positiivisia vaikutuksia potilaiden raportoimana. FM Marjut Louhelainen on selvittänyt väitöskirjassaan suun kautta annosteltavan levosimendaanin ja sen pitkäkestoisen aktiivisen metaboliitin vaikutuksia kroonisen vajaatoiminnan hoidossa käyttämällä sekä hypertensiivisen sydäntaudin että 2 tyypin diabeteksen komplisoimaan sydäninfarktin kokeellisia malleja. Tutkimuksessa selvitettiin lisäksi vajaatoimintaan johtavia molekyylitason tapahtumia sydänlihaksessa. Tutkimuksessa osoitettiin, että krooninen suun kautta annosteltu hoito sekä kalsiumherkistäjä levosimendaanilla että sen aktiivisella metaboliitilla estää hypertensiiviseen sydämen vajaatoiminnan aikaasaamaa sydämen uudelleenmuovaantumista ja siihen liittyvää kuolleisuutta. Nämä vaikutukset välittyivät vähentyneen sydänlihassoluhypertrofian, solukuolleisuuden ja neurohumaraalisen aktivaation kautta. Levosimendaanin ja OR-1896:n osoitettiin myös parantavan sydämen pumppausfunktiota tyyppi 2 diabeteksen komplisoimassa sydäninfarktissa. Ei-diabeettiseen tilanteeseen verrattuna diabetekseen liittyvä infarktin jälkeinen vajaatoiminnan kehitys oli yhteydessä lisääntyneeseen tulehdukseen, fibroosiin, solukuolemaan, neurohumoraaliseen aktivaatioon ja ennenaikaiseen kudoksen vanhenemiseen. Sekä levosimendaani, että OR-1869 vähensivät tulehduksen, fibroosin ja solukuoleman merkkejä ja vaimensi neurohumoraalista aktivaatiota. OR-1896 myös vähensi solujen vanhenemiseen liittyvien merkkiaineiden ilmentymistä. Väitöskirjassa todettiin, että suun kautta annosteltuna sekä levosimendaani, että sen aktiivinen metaboliitti OR-1896, omaavat terapeuttista potentiaalia sekä hypertensiivisen sydäntaudin hoitoon että sydäninfarktin jälkeisen vajaatoiminnan estoon. FM Marjut Louhelaisen farmakologian alaan kuuluva väitöskirja Effects of oral calcium sensitizers on experimental heart failure tarkastetaan Helsingin yliopiston Lääketieteellisessä tiedekunnassa perjantaina 29.01.2010 klo 12 (Biomedicum Helsinki, luentosali 2, Haartmaninkatu 8, Helsinki). Vastaväittäjänä toimii professori Raimo Tuominen, Helsingin yliopiston Farmasian tiedekunnasta ja kustoksena professori Eero Mervaala Helsingin yliopiston Lääketieteellisestä tiedekunnasta.

Cardiac remodeling in Drosophila arises from changes in actin gene expression and from a contribution of lymph gland-like cells to the heart musculature

Understanding the basis of normal heart remodeling can provide insight into the plasticity of the cardiac state, and into the potential for treating diseased tissue. In Drosophila, the adult heart arises during metamorphosis from a series of events, that include the remodeling of an existing cardiac tube, the elaboration of new inflow tracts, and the addition of a layer of longitudinal muscle fibers. We have identified genes active in all these three processes, and studied their expression in order to characterize in greater detail normal cardiac remodeling. Using a Transglutaminase-lacZ transgenic line, that is expressed in the inflow tracts of the larval and adult heart, we confirm the existence of five inflow tracts in the adult structure. In addition, expression of the Actin87E actin gene is initiated in the remodeling cardiac tube, but not in the longitudinal fibers, and we have identified an Act87E promoter fragment that recapitulates this switch in expression. We also establish that the longitudinal fibers are multinucleated, characterizing these cells as specialized skeletal muscles. Furthermore, we have defined the origin of the longitudinal fibers, as a subset of lymph gland cells associated with the larval dorsal vessel. These studies underline the myriad contributors to the formation of the adult Drosophila heart, and provide new molecular insights into the development of this complex organ. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Roles of the troponin isoforms during indirect flight muscle development in Drosophila

Troponin proteins in cooperative interaction with tropomyosin are responsible for controlling the contraction of the striated muscles in response to changes in the intracellular calcium concentration. Contractility of the muscle is determined by the constituent protein isoforms, and the isoforms can switch over from one form to another depending on physiological demands and pathological conditions. In Drosophila, a majority of the myofibrillar proteins in the indirect flight muscles (IFMs) undergo post-transcriptional and post-translational isoform changes during pupal to adult metamorphosis to meet the high energy and mechanical demands of flight. Using a newly generated Gal4 strain (UH3-Gal4) which is expressed exclusively in the IFMs, during later stages of development, we have looked at the developmental and functional importance of each of the troponin subunits (troponin-I, troponin-T and troponin-C) and their isoforms. We show that all the troponin subunits are required for normal myofibril assembly and flight, except for the troponin-C isoform 1 (TnC1). Moreover, rescue experiments conducted with troponin-I embryonic isoform in the IFMs, where flies were rendered flightless, show developmental and functional differences of TnI isoforms and importance of maintaining the right isoform.

Augmentation of cardiac contractility mediated by the human beta(3)-adrenergic receptor overexpressed in the hearts of transgenic mice.

BACKGROUND: Stimulation of beta(1)- and beta(2)-adrenergic receptors (ARs) in the heart results in positive inotropy. In contrast, it has been reported that the beta(3)AR is also expressed in the human heart and that its stimulation leads to negative inotropic effects. METHODS AND RESULTS: To better understand the role of beta(3)ARs in cardiac function, we generated transgenic mice with cardiac-specific overexpression of 330 fmol/mg protein of the human beta(3)AR (TGbeta(3) mice). Hemodynamic characterization was performed by cardiac catheterization in closed-chest anesthetized mice, by pressure-volume-loop analysis, and by echocardiography in conscious mice. After propranolol blockade of endogenous beta(1)- and beta(2)ARs, isoproterenol resulted in an increase in contractility in the TGbeta(3) mice (30%), with no effect in wild-type mice. Similarly, stimulation with the selective human beta(3)AR agonist L-755,507 significantly increased contractility in the TGbeta(3) mice (160%), with no effect in wild-type mice, as determined by hemodynamic measurements and by end-systolic pressure-volume relations. The underlying mechanism of the positive inotropy incurred with L-755,507 in the TGbeta(3) mice was investigated in terms of beta(3)AR-G-protein coupling and adenylyl cyclase activation. Stimulation of cardiac membranes from TGbeta(3) mice with L-755,507 resulted in a pertussis toxin-insensitive 1.33-fold increase in [(35)S]GTPgammaS loading and a 1.6-fold increase in adenylyl cyclase activity. CONCLUSIONS: Cardiac overexpression of human beta(3)ARs results in positive inotropy only on stimulation with a beta(3)AR agonist. Overexpressed beta(3)ARs couple to G(s) and activate adenylyl cyclase on agonist stimulation.

Intracoronary adenovirus-mediated delivery and overexpression of the beta(2)-adrenergic receptor in the heart : prospects for molecular ventricular assistance.

BACKGROUND: Genetic modulation of ventricular function may offer a novel therapeutic strategy for patients with congestive heart failure. Myocardial overexpression of beta(2)-adrenergic receptors (beta(2)ARs) has been shown to enhance contractility in transgenic mice and reverse signaling abnormalities found in failing cardiomyocytes in culture. In this study, we sought to determine the feasibility and in vivo consequences of delivering an adenovirus containing the human beta(2)AR cDNA to ventricular myocardium via catheter-mediated subselective intracoronary delivery. METHODS AND RESULTS: Rabbits underwent percutaneous subselective catheterization of either the left or right coronary artery and infusion of adenoviral vectors containing either a marker transgene (Adeno-betaGal) or the beta(2)AR (Adeno-beta(2)AR). Ventricular function was assessed before catheterization and 3 to 6 days after gene delivery. Both left circumflex- and right coronary artery-mediated delivery of Adeno-beta(2)AR resulted in approximately 10-fold overexpression in a chamber-specific manner. Delivery of Adeno-betaGal did not alter in vivo left ventricular (LV) systolic function, whereas overexpression of beta(2)ARs in the LV improved global LV contractility, as measured by dP/dt(max), at baseline and in response to isoproterenol at both 3 and 6 days after gene delivery. CONCLUSIONS: Percutaneous adenovirus-mediated intracoronary delivery of a potentially therapeutic transgene is feasible, and acute global LV function can be enhanced by LV-specific overexpression of the beta(2)AR. Thus, genetic modulation to enhance the function of the heart may represent a novel therapeutic strategy for congestive heart failure and can be viewed as molecular ventricular assistance.

Nrg1 is an injury-induced cardiomyocyte mitogen for the endogenous heart regeneration program in zebrafish.

Heart regeneration is limited in adult mammals but occurs naturally in adult zebrafish through the activation of cardiomyocyte division. Several components of the cardiac injury microenvironment have been identified, yet no factor on its own is known to stimulate overt myocardial hyperplasia in a mature, uninjured animal. In this study, we find evidence that Neuregulin1 (Nrg1), previously shown to have mitogenic effects on mammalian cardiomyocytes, is sharply induced in perivascular cells after injury to the adult zebrafish heart. Inhibition of Erbb2, an Nrg1 co-receptor, disrupts cardiomyocyte proliferation in response to injury, whereas myocardial Nrg1 overexpression enhances this proliferation. In uninjured zebrafish, the reactivation of Nrg1 expression induces cardiomyocyte dedifferentiation, overt muscle hyperplasia, epicardial activation, increased vascularization, and causes cardiomegaly through persistent addition of wall myocardium. Our findings identify Nrg1 as a potent, induced mitogen for the endogenous adult heart regeneration program.

Hyperpolarisation-activated inward current in isolated sheep mesenteric lymphatic smooth muscle.

1. Freshly isolated sheep lymphatic smooth muscle cells were studied using the perforated patch-clamp technique. Hyperpolarisation with constant-current pulses caused a time-dependent rectification evident as a depolarising 'sag' followed by an anode-break overshoot at the end of the pulse. Both sag and overshoot were blocked with 1 mM Cs+. 2. Cells were voltage clamped at -30 mV and stepped to -120 mV in 10 mV steps of 2 s duration. Steps negative to -60 mV evoked a slowly activating, non-inactivating inward current which increased in size and rate of activation with increasing hyperpolarisation. 3. The slowly activating current was reduced in Na+-free bathing solution but enhanced when the extracellular K+ concentration was increased to 60 mM. The current was significantly reduced by 1 mM Cs+ and 1 microM ZD7288 but not by 1.8 mM Ba2+. 4. The steady-state activation curve of the underlying conductance showed a threshold at -50 mV and half-maximal activation at -81 mV. Neither threshold nor half-maximal activation was significantly affected by increasing the external K+ concentration to 60 mM. 5. The frequency of spontaneous contractions and fluid propulsion in isolated cannulated segments of sheep mesenteric lymphatics were decreased by 1 mM Cs+ and by 1 microM ZD7288. 6. We conclude that sheep lymphatics have a hyperpolarisation-activated inward current similar to the If seen in sinoatrial node cells of the heart. Blockade of this current slows spontaneous pumping in intact lymphatic vessels suggesting that it is important in normal pacemaking.

Kv1.5 is a major component underlying the A-type potassium current in retinal arteriolar smooth muscle.

Little is known about the molecular characteristics of the voltage-activated K(+) (K(v)) channels that underlie the A-type K(+) current in vascular smooth muscle cells of the systemic circulation. We investigated the molecular identity of the A-type K(+) current in retinal arteriolar myocytes using patch-clamp techniques, RT-PCR, immunohistochemistry, and neutralizing antibody studies. The A-type K(+) current was resistant to the actions of specific inhibitors for K(v)3 and K(v)4 channels but was blocked by the K(v)1 antagonist correolide. No effects were observed with pharmacological agents against K(v)1.1/2/3/6 and 7 channels, but the current was partially blocked by riluzole, a K(v)1.4 and K(v)1.5 inhibitor. The current was not altered by the removal of extracellular K(+) but was abolished by flecainide, indicative of K(v)1.5 rather than K(v)1.4 channels. Transcripts encoding K(v)1.5 and not K(v)1.4 were identified in freshly isolated retinal arterioles. Immunofluorescence labeling confirmed a lack of K(v)1.4 expression and revealed K(v)1.5 to be localized to the plasma membrane of the arteriolar smooth muscle cells. Anti-K(v)1.5 antibody applied intracellularly inhibited the A-type K(+) current, whereas anti-K(v)1.4 antibody had no effect. Co-expression of K(v)1.5 with K(v)beta1 or K(v)beta3 accessory subunits is known to transform K(v)1.5 currents from delayed rectifers into A-type currents. K(v)beta1 mRNA expression was detected in retinal arterioles, but K(v)beta3 was not observed. K(v)beta1 immunofluorescence was detected on the plasma membrane of retinal arteriolar myocytes. The findings of this study suggest that K(v)1.5, most likely co-assembled with K(v)beta1 subunits, comprises a major component underlying the A-type K(+) current in retinal arteriolar smooth muscle cells

Changes in muscle sympathetic nerve activity and vascular responses evoked in the spinotrapezius muscle of the rat by systemic hypoxia.

Responses evoked in muscle sympathetic nerve activity (MSNA) by systemic hypoxia have received relatively little attention. Moreover, MSNA is generally identified from firing characteristics in fibres supplying whole limbs: their actual destination is not determined. We aimed to address these limitations by using a novel preparation of spinotrapezius muscle in anaesthetised rats. By using focal recording electrodes, multi-unit and discriminated single unit activity were recorded from the surface of arterial vessels. This had cardiac- and respiratory-related activities expected of MSNA, and was increased by baroreceptor unloading, decreased by baroreceptor stimulation and abolished by autonomic ganglion blockade. Progressive, graded hypoxia (breathing sequentially 12, 10, 8% O2 for 2 min each) evoked graded increases in MSNA. In single units, mean firing frequency increased from 0.2 ± 0.04 in 21% O2 to 0.62 ± 0.14 Hz in 8% O2, while instantaneous frequencies ranged from 0.04–6 Hz in 21% O2 to 0.09–20 Hz in 8% O2. Concomitantly, arterial pressure (ABP), fell and heart rate (HR) and respiratory frequency (RF) increased progressively, while spinotrapezius vascular resistance (SVR) decreased (Spinotrapezius blood flow/ABP), indicating muscle vasodilatation. During 8% O2 for 10 min, the falls in ABP and SVR were maintained, but RF, HR and MSNA waned towards baselines from the second to the tenth minute. Thus, we directly show that MSNA increases during systemic hypoxia to an extent that is mainly determined by the increases in peripheral chemoreceptor stimulation and respiratory drive, but its vasoconstrictor effects on muscle vasculature are largely blunted by local dilator influences, despite high instantaneous frequencies in single fibres.

Functional expression of KCNQ (Kv7) channels in guinea-pig bladder smooth muscle and their contribution to spontaneous activity

Background and Purpose: The aim of the study was to determine whether KCNQ channels are functionally expressed in bladder smooth muscle cells (SMC) and to investigate their physiological significance in bladder contractility. 

Experimental Approach: KCNQ channels were examined at the genetic, protein, cellular and tissue level in guinea pig bladder smooth muscle using RT-PCR, immunofluorescence, patch-clamp electrophysiology, calcium imaging, detrusor strip myography, and a panel of KCNQ activators and inhibitors. 

Key Results: KCNQ subtypes 1-5 are expressed in bladder detrusor smooth muscle. Detrusor strips typically displayed TTX-insensitive myogenic spontaneous contractions that were increased in amplitude by the KCNQ channel inhibitors XE991, linopirdine or chromanol 293B. Contractility was inhibited by the KCNQ channel activators flupirtine or meclofenamic acid (MFA). The frequency of Ca2+-oscillations in SMC contained within bladder tissue sheets was increased by XE991. Outward currents in dispersed bladder SMC, recorded under conditions where BK and KATP currents were minimal, were significantly reduced by XE991, linopirdine, or chromanol, and enhanced by flupirtine or MFA. XE991 depolarized the cell membrane and could evoke transient depolarizations in quiescent cells. Flupirtine (20M) hyperpolarized the cell membrane with a simultaneous cessation of any spontaneous electrical activity. 

Conclusions and Implications: These novel findings reveal the role of KCNQ currents in the regulation of the resting membrane potential of detrusor SMC and their important physiological function in the control of spontaneous contractility in the guinea pig bladder.

GLUT4, AMP kinase, but not the insulin receptor, are required for hepatoportal glucose sensor-stimulated muscle glucose utilization.

Recent evidence suggests the existence of a hepatoportal vein glucose sensor, whose activation leads to enhanced glucose use in skeletal muscle, heart, and brown adipose tissue. The mechanism leading to this increase in whole body glucose clearance is not known, but previous data suggest that it is insulin independent. Here, we sought to further determine the portal sensor signaling pathway by selectively evaluating its dependence on muscle GLUT4, insulin receptor, and the evolutionarily conserved sensor of metabolic stress, AMP-activated protein kinase (AMPK). We demonstrate that the increase in muscle glucose use was suppressed in mice lacking the expression of GLUT4 in the organ muscle. In contrast, glucose use was stimulated normally in mice with muscle-specific inactivation of the insulin receptor gene, confirming independence from insulin-signaling pathways. Most importantly, the muscle glucose use in response to activation of the hepatoportal vein glucose sensor was completely dependent on the activity of AMPK, because enhanced hexose disposal was prevented by expression of a dominant negative AMPK in muscle. These data demonstrate that the portal sensor induces glucose use and development of hypoglycemia independently of insulin action, but by a mechanism that requires activation of the AMPK and the presence of GLUT4.

Artificial muscle: the human chimera is the future.

Severe heart failure and cerebral stroke are broadly associated with the impairment of muscular function that conventional treatments struggle to restore. New technologies enable the construction of "smart" materials that could be of great help in treating diseases where the main problem is muscle weakness. These materials "behave" similarly to biological systems, because the material directly converts energy, for example electrical energy into movement. The extension and contraction occur silently like in natural muscles. The real challenge is to transfer this amazing technology into devices that restore or replace the mechanical function of failing muscle. Cardiac assist devices based on artificial muscle technology could envelope a weak heart and temporarily improve its systolic function, or, if placed on top of the atrium, restore the atrial kick in chronic atrial fibrillation. Artificial sphincters could be used to treat urinary incontinence after prostatectomy or faecal incontinence associated with stomas. Artificial muscles can restore the ability of patients with facial paralysis due to stroke or nerve injury to blink. Smart materials could be used to construct an artificial oesophagus including peristaltic movement and lower oesophageal sphincter function to replace the diseased oesophagus thereby avoiding the need for laparotomy to mobilise stomach or intestine. In conclusion, in the near future, smart devices will integrate with the human body to fill functional gaps due to organ failure, and so create a human chimera.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Rhythmic Masticatory Muscle Activity during Sleep: Etiology and Clinical Perspectives

L’activité rythmique des muscles masticateurs (ARMM) pendant le sommeil se retrouve chez environ 60% de la population générale adulte. L'étiologie de ce mouvement n'est pas encore complètement élucidée. Il est cependant démontré que l’augmentation de la fréquence des ARMM peut avoir des conséquences négatives sur le système masticatoire. Dans ce cas, l'ARMM est considérée en tant que manifestation d'un trouble moteur du sommeil connue sous le nom de bruxisme. Selon la Classification Internationale des Troubles du Sommeil, le bruxisme est décrit comme le serrement et grincement des dents pendant le sommeil. La survenue des épisodes d’ARMM est associée à une augmentation du tonus du système nerveux sympathique, du rythme cardiaque, de la pression artérielle et elle est souvent en association avec une amplitude respiratoire accrue. Tous ces événements peuvent être décrits dans le contexte d’un micro-éveil du sommeil. Cette thèse comprend quatre articles de recherche visant à étudier i) l'étiologie de l’ARMM pendant le sommeil en relation aux micro-éveils, et à évaluer ii) les aspects cliniques du bruxisme du sommeil, du point de vue diagnostique et thérapeutique. Pour approfondir l'étiologie de l’ARMM et son association avec la fluctuation des micro-éveils, nous avons analysé le patron cyclique alternant (ou cyclic alternating pattern (CAP) en anglais), qui est une méthode d’analyse qui permet d’évaluer l'instabilité du sommeil et de décrire la puissance des micro-éveils. Le CAP a été étudié chez des sujets bruxeurs et des sujets contrôles qui ont participé à deux protocoles expérimentaux, dans lesquels la structure et la stabilité du sommeil ont été modifiées par l'administration d'un médicament (la clonidine), ou avec l'application de stimulations sensorielles (de type vibratoire/auditif) pendant le sommeil. Dans ces deux conditions expérimentales caractérisées par une instabilité accrue du sommeil, nous étions en mesure de démontrer que les micro-éveils ne sont pas la cause ou le déclencheur de l’ARMM, mais ils représentent plutôt la «fenêtre permissive» qui facilite l'apparition de ces mouvements rythmiques au cours du sommeil. Pour évaluer la pertinence clinique du bruxisme, la prévalence et les facteurs de risque, nous avons effectué une étude épidémiologique dans une population pédiatrique (7-17 ans) qui était vue en consultation en orthodontie. Nous avons constaté que le bruxisme est un trouble du sommeil très fréquent chez les enfants (avec une prévalence de 15%), et il est un facteur de risque pour l'usure des dents (risque relatif rapproché, RRR 8,8), la fatigue des muscles masticateurs (RRR 10,5), les maux de tête fréquents (RRR 4,3), la respiration bruyante pendant le sommeil (RRR 3,1), et divers symptômes liés au sommeil, tels que la somnolence diurne (RRR 7,4). Ces résultats nous ont amenés à développer une étude expérimentale pour évaluer l'efficacité d'un appareil d'avancement mandibulaire (AAM) chez un groupe d'adolescents qui présentaient à la fois du bruxisme, du ronflement et des maux de tête fréquents. L'hypothèse est que dans la pathogenèse de ces comorbidités, il y a un mécanisme commun, probablement lié à la respiration pendant le sommeil, et que l'utilisation d'un AAM peut donc agir sur plusieurs aspects liés. À court terme, le traitement avec un AAM semble diminuer l'ARMM (jusqu'à 60% de diminution), et améliorer le ronflement et les maux de tête chez les adolescents. Cependant, le mécanisme d'action exact des AAM demeure incertain; leur efficacité peut être liée à l'amélioration de la respiration pendant le sommeil, mais aussi à l'influence que ces appareils pourraient avoir sur le système masticatoire. Les interactions entre le bruxisme du sommeil, la respiration et les maux de tête, ainsi que l'efficacité et la sécurité à long terme des AAM chez les adolescents, nécessitent des études plus approfondies.