Conduit artery structure and function in lowlanders and native highlanders: relationships with oxidative stress and role of sympathoexcitation

Research detailing the normal vascular adaptions to high altitude is minimal and often confounded by pathology (e.g. chronic mountain sickness) and methodological issues. We examined vascular function and structure in: (1) healthy lowlanders during acute hypoxia and prolonged (∼2 weeks) exposure to high altitude, and (2) high-altitude natives at 5050 m (highlanders). In 12 healthy lowlanders (aged 32 ± 7 years) and 12 highlanders (Sherpa; 33 ± 14 years) we assessed brachial endothelium-dependent flow-mediated dilatation (FMD), endothelium-independent dilatation (via glyceryl trinitrate; GTN), common carotid intima–media thickness (CIMT) and diameter (ultrasound), and arterial stiffness via pulse wave velocity (PWV; applanation tonometry). Cephalic venous biomarkers of free radical-mediated lipid peroxidation (lipid hydroperoxides, LOOH), nitrite (NO₂^–) and lipid soluble antioxidants were also obtained at rest. In lowlanders, measurements were performed at sea level (334 m) and between days 3–4 (acute high altitude) and 12–14 (chronic high altitude) following arrival to 5050 m. Highlanders were assessed once at 5050 m. Compared with sea level, acute high altitude reduced lowlanders’ FMD (7.9 ± 0.4 vs. 6.8 ± 0.4%; P = 0.004) and GTN-induced dilatation (16.6 ± 0.9 vs. 14.5 ± 0.8%; P = 0.006), and raised central PWV (6.0 ± 0.2vs. 6.6 ± 0.3 m s⁻¹; P = 0.001). These changes persisted at days 12–14, and after allometrically scaling FMD to adjust for altered baseline diameter. Compared to lowlanders at sea level and high altitude, highlanders had a lower carotid wall:lumen ratio (∼19%, P ≤ 0.04), attributable to a narrower CIMT and wider lumen. Although both LOOH and NO₂^– increased with high altitude in lowlanders, only LOOH correlated with the reduction in GTN-induced dilatation evident during acute (n = 11, r = −0.53) and chronic (n = 7, r = −0.69; P ≤ 0.01) exposure to 5050 m. In a follow-up, placebo-controlled experiment (n = 11 healthy lowlanders) conducted in a normobaric hypoxic chamber (inspired O₂ fraction () = 0.11; 6 h), a sustained reduction in FMD was evident within 1 h of hypoxic exposure when compared to normoxic baseline (5.7 ± 1.6 vs. 8.0 ±1.3%; P < 0.01); this decline in FMD was largely reversed following α₁-adrenoreceptor blockade. In conclusion, high-altitude exposure in lowlanders caused persistent impairment in vascular function, which was mediated partially via oxidative stress and sympathoexcitation. Although a lifetime of high-altitude exposure neither intensifies nor attenuates the impairments seen with short-term exposure, chronic high-altitude exposure appears to be associated with arterial remodelling.

Activation of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) signaling pathway is essential during PBOX-6-induced apoptosis in chronic myelogenous leukemia (CML) cells

The mitogen-activated protein (MAP) kinase family is activated in response to a wide variety of external stress signals such as UV irradiation, heat shock, and many chemotherapeutic drugs and leads to the induction of apoptosis. A novel series of pyrrolo-1,5-benzoxazepines have been shown to potently induce apoptosis in chronic myelogenous leukemia (CML) cells, which are resistant to many chemotherapeutic agents. In this study we have delineated part of the mechanism by which a representative compound known as PBOX-6 induces apoptosis. We have investigated whether PBOX-6 induces activation of MAP kinase signaling pathways in CML cells. Treatment of K562 cells with PBOX-6 resulted in the transient activation of two JNK isoforms, JNK1 and JNK2. In contrast, PBOX-6 did not activate the extracellular signal-regulated kinase (ERK) or p38. Apoptosis was found to occur independently of the small GTPases Ras, Rac, and Cdc42 but involved phosphorylation of the JNK substrates, c-Jun and ATF-2. Pretreatment of K562 cells with the JNK inhibitor, dicoumarol, abolished PBOX-6-induced phosphorylation of c-Jun and ATF-2 and inhibited the induced apoptosis, suggesting that JNK activation is an essential component of the apoptotic pathway induced by PBOX-6. Consistent with this finding, transfection of K562 cells with the JNK scaffold protein, JIP-1, inhibited JNK activity and apoptosis induced by PBOX-6. JIP-1 specifically scaffolds JNK, MKK7, and members of the mixed-lineage kinase (MLK) family, implicating these kinases upstream of JNK in the apoptotic pathway induced by PBOX-6 in K562 cells.

Glucagon-like peptide-1 based therapies as a novel approach for chronic heart failure

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) is an endogenous peptide hormone whose metabolic effects have been exploited for glycaemic control in diabetes, but which also exerts important cardiovascular actions. We have recently reported that the GLP-1 mimetic, exendin-4, exerts clear benefits post-myocardial infarction via specific effects on extracellular matrix remodelling which is dysregulated in the diabetic heart (Robinson E et al, Basic Res Cardiol 2015; 110: 20), and have now shown similar cardioprotective actions in experimental diabetes, which are mediated via direct effects on infiltrating macrophages (Tate M et al, Basic Res Cardiol 2015; in press). Taken together with the apparent complexity of GLP-1 signalling and disappointing results of recent cardiovascular trials, our work strongly suggests that selective targeting of GLP-1 may be required in order to realise therapeutic benefit for both diabetic and non-diabetic heart failure patients. This is particularly important given the epidemic increase in the incidence of diabetes which is associated with a markedly enhanced susceptibility to cardiovascular stress.

Glucagon-like peptide-1 based therapies as a novel approach for chronic heart failure

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) is an endogenous peptide hormone whose metabolic effects have been exploited for glycaemic control in diabetes, but which also exerts important cardiovascular actions. We have recently reported that the GLP-1 mimetic, exendin-4, exerts clear benefits post-myocardial infarction via specific effects on extracellular matrix remodelling which is dysregulated in the diabetic heart (Robinson E et al, Basic Res Cardiol 2015; 110: 20), and have now shown similar cardioprotective actions in experimental diabetes, which are mediated via direct effects on infiltrating macrophages (Tate M et al, Basic Res Cardiol 2016; 111: 1). Taken together with the apparent complexity of GLP-1 signalling and disappointing results of recent cardiovascular trials, our work strongly suggests that selective targeting of GLP-1 may be required in order to realise therapeutic benefit for both diabetic and non-diabetic heart failure patients. This is particularly important given the epidemic increase in the incidence of diabetes which is associated with a markedly enhanced susceptibility to cardiovascular stress.

Turismo acessível : recurso de coping para gerir o stress na incapacidade

As sociedades contemporâneas testemunham os efeitos negativos do stress sobre a saúde, existindo evidências empíricas do relacionamento recíproco entre stress e doença (infeciosas, crónicas, cardiovasculares, cancro) (Iwasaki & Mannell, 2000). Por outro lado, Walden (2007) sublinha que o stress varia de acordo com as circunstâncias de vida e Rode et al. (2012) acrescentam que as pessoas com incapacidade apresentam taxas mais elevadas de problemas de saúde relacionados com o stress do que a população em geral. Neste contexto, surge o lazer como mecanismo de coping, como instrumento restaurador e benéfico para a saúde (Caldwell, 2005; Wijndaele et al., 2007). Assim, considerando o turismo como uma marcante atividade recreacional em tempo de lazer na vida das pessoas, e uma oportunidade de relaxamento e interação social (Richards, et al., 2010), pensou-se na possibilidade do turismo acessível ser um recurso de coping para gerir o stress na incapacidade. É com base na atualidade e pertinência destas reflexões que se estabeleceram duas metas para este trabalho: compreender o relacionamento entre turismo, stress e coping para os indivíduos com incapacidade, e desenvolver bases empíricas para fins terapêuticos e para o desenvolvimento de novos produtos turísticos, numa lógica biopsicossocial (biológica ou física, psicológica e social). Especificamente, pretende-se identificar fontes de stress para as pessoas com incapacidade e as suas respostas de coping, e explicar como o turismo atua nas dimensões biopsicossociais do stress-coping. Para atingir estes objetivos utilizou-se uma metodologia mista, suportada por uma revisão de literatura aprofundada, que consistiu na realização de um estudo qualitativo e outro quantitativo. No primeiro, recorreu-se à técnica de focus groups para cada tipo de incapacidade em análise, motora (N=6), auditiva (N=7) e visual (N=6), e no segundo, procedeu-se à aplicação de inquéritos por questionário a pessoas com incapacidade motora e sensorial (N=306), cujo questionário consistiu na adaptação e ajuste das ECL (Escalas de Coping através do Lazer) ao contexto do Turismo Acessível. Os resultados indicam que a principal fonte de stress dos indivíduos com incapacidade é a própria incapacidade em conjugação com a sociedade, demonstrando-se a prevalência de estratégias baseadas na interação social para a resolução de problemas, em detrimento de outras. Por sua vez, apuram-se os benefícios do turismo, cujas mais-valias no âmbito das dimensões biopsicossociais destes indivíduos em particular, são também discutidas. Conclui-se, portanto, que o turismo acessível é um novo formato de stress-coping para a população com incapacidade, suportando o reequilíbrio e harmonização dos seus recursos pessoais e sociais, contribuindo positivamente para a sua saúde e bem-estar global, servindo de base ao desenvolvimento de novos produtos turísticos adequados e direcionados para as necessidades específicas desta população e ao planeamento de intervenções terapêuticas alternativas no contexto da sua reabilitação.

Disposable immunosensor using a simple method for oriented antibody immobilization for label-free real-time detection of an oxidative stress biomarker implicated in cancer diseases

This work proposes a novel approach for a suitable orientation of antibodies (Ab) on an immunosensing platform, applied here to the determination of 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine (8OHdG), a biomarker of oxidative stress that has been associated to chronic diseases, such as cancer. The anti-8OHdG was bound to an amine modified gold support through its Fc region after activation of its carboxylic functions. Non-oriented approaches of Ab binding to the platform were tested in parallel, in order to show that the presented methodology favored Ab/Ag affinity and immunodetection of the antigen. The immunosensor design was evaluated by quartz-crystal microbalance with dissipation, atomic force microscopy, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and square-wave voltammetry. EIS was also a suitable technique to follow the analytical behavior of the device against 8OHdG. The affinity binding between 8OHdG and the antibody immobilized in the gold modified platform increased the charge transfer resistance across the electrochemical set-up. The observed behavior was linear from 0.02 to 7.0 ng/mL of 8OHdG concentrations. The interference from glucose, urea and creatinine was found negligible. An attempt of application to synthetic samples was also successfully conducted. Overall, the presented approach enabled the production of suitably oriented Abs over a gold platform by means of a much simpler process than other oriented-Ab binding approaches described in the literature, as far as we know, and was successful in terms of analytical features and sample application.

Evaluation of antihypertensive drugs in patients with obstructive sleep apnea and in rats submitted to chronic intermittent hypoxia

RESUMO: A hipertensão arterial (HA) é uma patologia altamente prevalente, embora claramente subdiagnosticada, em doentes com síndrome de apneia obstrutiva do sono (SAOS). Estas duas patologias apresentam uma estreita relação e a monitorização ambulatória da pressão arterial (MAPA), por um período de 24 horas, parece ser o método mais preciso para o diagnóstico de hipertensão em doentes com SAOS. No entanto, esta ferramenta de diagnóstico para além de ser dispendiosa e envolver um número acrescido de meios técnicos e humanos, é mais morosa e, por conseguinte, não é utilizada por rotina no contexto do diagnóstico da SAOS. Por outro lado, apesar da aplicação de pressão positiva contínua nas vias aéreas (CPAP – Continous Positive Airway Pressure) ser considerada a terapêutica de eleição para os doentes com SAOS, o seu efeito no abaixamento da pressão arterial (PA) parece ser modesto, exigindo, por conseguinte, a implementação concomitante de terapêutica anti-hipertensora. Acontece que são escassos os dados relativos aos regimes de fármacos anti-hipertensores utilizados em doentes com SAOS e, acresce ainda que, as guidelines terapêuticas para o tratamento farmacológico da HA, neste grupo particular de doentes, permanecem, até ao momento, inexistentes. A utilização de modelos animais de hipóxia crónica intermitente (CIH), que mimetizam a HA observada em doentes com SAOS, revela-se extremamente importante, uma vez que se torna imperativo identificar fármacos que promovam um controle adequado da PA neste grupo de doentes. No entanto, estudos concebidos com o intuito de investigar o efeito anti-hipertensor dos fármacos neste modelo animal revelam-se insuficientes e, por outro lado, os escassos estudos que testaram fármacos anti-hipertensores neste modelo não foram desenhados para responder a questões de natureza farmacológica. Acresce ainda que se torna imprescindível garantir a escolha de um método para administração destes fármacos que seja não invasivo e que minimize o stress do animal. Embora a gavagem seja uma técnica indiscutivelmente eficaz e amplamente utilizada para a administração diária de fármacos a animais de laboratório, ela compreende uma sequência de procedimentos geradores de stress para os animais e, que podem por conseguinte, constituir um viés na interpretação dos resultados obtidos. O objectivo global da presente investigação translacional foi contribuir para a identificação de fármacos anti-hipertensores mais efectivos para o tratamento da HT nos indivíduos com SAOS e investigar mecanismos subjacentes aos efeitos sistémicos associadas à SAOS bem como a sua modulação por fármacos anti-hipertensores. Os objectivos específicos foram: em primeiro lugar,encontrar novos critérios, baseados nas medidas antropométricas, que permitam a identificação de doentes com suspeita de SAOS, que erroneamente se auto-classifiquem como nãohipertensos, e desta forma promover um uso mais criterioso do MAPA; em segundo lugar, investigar a existência de uma hipotética associação entre os esquemas de fármacos antihipertensores e o controle da PA (antes e após a adaptação de CPAP) em doentes com SAOS em terceiro lugar, avaliar a eficácia do carvedilol (CVD), um fármaco bloqueador β-adrenérgico não selectivo com actividade antagonista α1 intrínseca e propriedades anti-oxidantes num modelo animal de hipertensão induzida pela CIH; em quarto lugar, explorar os efeitos da CIH sobre o perfil farmacocinético do CVD; e, em quinto lugar, investigar um método alternativo à gavagem para a administração crónica de fármacos anti-hipertensores a animais de laboratório. Com este intuito, na primeira fase deste projecto, fizemos uso de uma amostra com um número apreciável de doentes com SAOS (n=369), que acorreram, pela primeira vez, à consulta de Patologia do Sono do CHLN e que foram submetidos a um estudo polissonográfico do sono, à MAPA e que preencheram um questionário que contemplava a obtenção de informação relativa ao perfil da medicação anti-hipertensora em curso. Numa segunda fase, utilizámos um modelo experimental de HT no rato induzida por um paradigma de CIH. Do nosso trabalho resultaram os seguintes resultados principais: em primeiro lugar, o índice de massa corporal (IMC) e o perímetro do pescoço (PP) foram identificados como preditores independentes de “auto-classificação errónea” da HA em doentes com suspeita de SAOS; em segundo lugar, não encontramos qualquer associação com significado estatístico entre os vários esquemas de fármacos anti-hipertensores bem como o número de fármacos incluídos nesse esquemas, e o controle da PA (antes e depois da adaptação do CPAP); em terceiro lugar, apesar das doses de 10, 30 e 50 mg/kg de carvedilol terem promovido uma redução significativa da frequência cardíaca, não foi observado qualquer decréscimo na PA no nosso modelo animal; em quarto lugar, as razões S/(R+S) dos enantiómeros do CVD nos animais expostos à CIH e a condições de normóxia revelaram-se diferentes; e, em quinto lugar, a administração oral voluntária mostrou ser um método eficaz para a administração diária controlada de fármacos anti-hipertensores e que é independente da manipulação e contenção do animal. Em conclusão, os resultados obtidos através do estudo clínico revelaram que o controle da PA, antes e após a adaptação do CPAP, em doentes com SAOS é independente, quer do esquema de fármacos anti-hipertensores, quer do número de fármacos incluídos num determinado esquema. Os nossos resultados salientam ainda a falta de validade da chamada self-reported hypertension e sugerem que em todos os doentes com suspeita de SAOS, com HA não diagnosticada e com um IMC e um PP acima de 27 kg/m2 e 39 cm, respectivamente, a confirmação do diagnóstico de HA deverá ser realizada através da MAPA, ao invés de outros métodos que com maior frequência são utilizados com este propósito. Os resultados obtidos no modelo animal de HA induzida pela CIH sugerem que o bloqueio do sistema nervoso simpático, juntamente com os supostos efeitos pleiotrópicos do CVD, não parece ser a estratégia mais adequada para reverter este tipo particular de hipertensão e indicam que as alterações farmacocinéticas induzidas pela CIH no ratio S/(R+S) não justificam a falta de eficácia anti-hipertensora do CVD observada neste modelo animal. Por último, os resultados do presente trabalho suportam ainda a viabilidade da utilização da administração oral voluntária, em alternativa à gavagem, para a administração crónica de uma dose fixa de fármacos anti-hipertensores.---------------------------- ABSTRACT: Hypertension (HT) is a highly prevalent condition, although under diagnosed, in patients with obstructive sleep apnea (OSA). These conditions are closely related and 24-hour ambulatory blood pressure monitoring (ABPM) seems to be the most accurate measurement for diagnosing hypertension in OSA. However, this diagnostic tool is expensive and time-consuming and, therefore, not routinely used. On the other hand, although continuous positive airway pressure (CPAP) is considered the gold standard treatment for symptomatic OSA, its lowering effect on blood pressure (BP) seems to be modest and, therefore, concomitant antihypertensive therapy is still required. Data on antihypertensive drug regimens in patients with OSA are scarce and specific therapeutic guidelines for the pharmacological treatment of hypertension in these patients remain absent. The use of animal models of CIH, which mimic the HT observed in patients with OSA, is extremely important since it is imperative to identify preferred compounds for an adequate BP control in this group of patients. However, studies aimed at investigating the antihypertensive effect of antihypertensive drugs in this animal model are insufficient, and most reports on CIH animal models in which drugs have been tested were not designed to respond to pharmacological issues. Moreover, when testing antihypertensive drugs (AHDs) it becomes crucial to ensure the selection of a non-invasive and stress-free method for drug delivery. Although gavage is effective and a widely performed technique for daily dosing in laboratory rodents, it comprises a sequence of potentially stressful procedures for laboratory animals that may constitute bias for the experimental results. The overall goal of the present translational research was to contribute to identify more effective AHDs for the treatment of hypertension in patients with OSA and investigate underlying mechanisms of systemic effects associated with OSA, as well as its modulation by AHDs. The specific aims were: first, to find new predictors based on anthropometric measures to identify patients that misclassify themselves as non-hypertensive, and thereby promote the selective use of ABPM; second, to investigate a hypothetical association between ongoing antihypertensive regimens and BP control rates in patients with OSA, before and after CPAP adaptation; third, to determine, in a rat model of CIH-induced hypertension, the efficacy of carvedilol (CVD), a nonselective beta-blocker with intrinsic anti-α1-adrenergic activity and antioxidant properties; fourth, to explore the effects of CIH on the pharmacokinetics profile of CVD and fifth, to investigate an alternative method to gavage, for chronic administration of AHDs to laboratory rats. For that, in the first phase of this project, we used a sizeable sample of patients with OSA (n=369), that attended a first visit at Centro Hospitalar Lisboa Norte, EPE Sleep Unit, and underwent overnight polysomnography, 24-h ABPM and filled a questionnaire that included ongoing antihypertensive medication profile registration. In the second phase, a rat experimental model of HT induced by a paradigm of CIH that simulates OSA was used. The main findings of this work were: first, body mass index (BMI) and neck circumference (NC) were identified as independent predictors of hypertension misclassification in patients suspected of OSA; second, in patients with OSA, BP control is independent of both the antihypertensive regimen and the number of antihypertensive drugs, either before or after CPAP adaptation; third, although the doses of 10, 30 and 50 mg/Kg of CVD promoted a significant reduction in heart rate, no decrease in mean arterial pressure was observed; fourth, the S/(R+S) ratios of CVD enantiomers, between rats exposed to CIH and normoxic conditions, were different and fifth, voluntary ingestion proved to be an effective method for a controlled daily dose administration, with a define timetable, that is independent of handling and restraint procedures. In conclusion, the clinical study showed that BP control in OSA patients is independent of both the antihypertensive regimen and the number of antihypertensive drugs. Additionally, our results highlight the lack of validity of self-reported hypertension and suggest that all patients suspected of OSA with undiagnosed hypertension and with a BMI and NC above 27 Kg/m2 and 39 cm should be screened for hypertension, through ABPM. The results attained in the rat model of HT related to CIH suggest that the blockade of the sympathetic nervous system together with the putative pleiotropic effects of carvedilol is not able to revert hypertension induced by CIH and point out that the pharmacokinetic changes induced by CIH on S/(R+S) ratio are not apparently responsible for the lack of efficacy of carvedilol in reversing this particular type of hypertension. Finally, the results here presented support the use of voluntary oral administration as a viable alternative to gavage for chronic administration of a fixed dose of AHDs.

Les effets d’un traitement au corticostérone sur la transmission dopaminergique mésocorticale du rat en période de stress

L’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien joue un rôle essentiel dans l’adaptation et la réponse au stress. Toutefois, l’hyperactivation de cet axe ou des niveaux chroniquement élevés de glucocorticoïdes (GC) entraînent des conséquences pathologiques. Le système dopaminergique mésocortical, qui se projette dans le cortex préfrontal médian (CPFm), joue un rôle adaptatif en protégeant contre le stress. Jusqu’à présent, les interactions fonctionnelles entre les GC (ex : corticostérone) et le système dopaminergique mésocortical ne sont pas élucidées. Dans ce mémoire, nous avons évalué les effets des GC sur les fonctions dopaminergiques préfrontales en élevant chroniquement, à l’aide de minipompes osmotiques, les niveaux de corticostérone aux concentrations physiologiques maximales (1 mg/kg/h pendant 7 jours). Ce traitement n’a pas modifié significativement, chez les rats stressés ou non, les niveaux post mortem de dopamine et de son métabolite dans le tissu du CPFm. Toutefois, l’évaluation par voltamétrie in vivo des changements de dopamine extracellulaire dans le CPFmv a permis d’observer que la corticostérone augmente significativement la libération de dopamine en réponse à l’exposition à l’odeur de renard et au pincement de la queue. Nos études nous permettent de conclure que la corticostérone potentialise la fonction dopaminergique mésocorticale qui, à son tour, facilite la régulation négative en période de stress.

Le rôle du stress oxydatif/nitrosatif dans la pathogénèse de l’encéphalopathie hépatique chronique

L'encéphalopathie hépatique (EH) est un syndrome neuropsychiatrique dû à une dysfonction hépatique où l'ammoniaque est un facteur central. Il a déjà été rapporté que l’intoxication aiguë d'ammoniaque induise le stress oxydatif/nitrosatif. La présente étude cible à évaluer le rôle du stress oxydatif/nitrosatif dans 2 modèles de l’EH chronique : (1) l’anastomose portocave (PCA) et (2) la ligation de la voie biliaire (BDL). Ces 2 modèles sont caractérisés par une hyperammoniémie et une augmentation d’ammoniaque centrale, cependant l’œdème cérébral est trouvé seulement chez les rats BDL. Des marqueurs du stress oxydatif/nitrosatif ont été évaluées dans le plasma et cortex frontal. Un stress nitrosatif central a été observé chez les rats PCA; tandis qu’un stress oxydatif/nitrosatif systémique a été démontré seulement chez les rats BDL. Ces résultats suggèrent (1) que l’hyperammoniémie chronique n’induise pas le stress oxydatif/nitrosatif systémique et (2) qu’un synergisme existe entre l’ammoniaque et le stress oxydatif/nitrosatif, en association avec l’œdème cérébral.

Vulnérabilité cardiaque au stress au cours du remodelage ventriculaire pathologique : rôle de la mitochondrie et du pore de perméabilité transitionnelle (PTP)

L’objectif central de cette thèse de Doctorat était d’investiguer les dysfonctions mitochondriales qui surviennent précocement au cours de la phase compensée du remodelage ventriculaire pathologique et qui pourraient jouer un rôle causal dans la progression vers l’insuffisance cardiaque. Nos travaux antérieurs, réalisés à l’aide d’un modèle de surcharge volumique chronique induite par une fistule aorto-cavale (ACF) chez le Rat WKHA, ont montré qu’au cours du remodelage ventriculaire, les mitochondries développaient une vulnérabilité à l’ouverture du pore de perméabilité transitionnelle (PTP : un élément clé de la signalisation de la mort cellulaire) [1]. Ceci était observable au stade compensé du remodelage en absence des dysfonctions mitochondriales majeures typiquement observées dans le cœur insuffisant. Ces résultats nous ont amenés à suggérer que la vulnérabilité à l’ouverture du PTP pourrait constituer un mécanisme précoce favorisant la progression de la cardiopathie. Dans l’étude 1 de cette thèse, nous avons tenté de tester cette hypothèse en induisant une ACF chez deux souches de rats affichant de très nettes différences au niveau de la propension à développer l’insuffisance cardiaque : les souches WKHA et Sprague Dawley (SD). Nos études in vitro sur organelles isolées et in situ sur l’organe entier ont permis de confirmer que, dans le cœur ACF, les mitochondries développent une vulnérabilité à l’ouverture du PTP et à l’activation de la voie mitochondriale de la mort cellulaire lorsqu’exposées à des stress pertinents à la pathologie (surcharge calcique, ischémie-reperfusion [I-R]). Cependant, bien que comparativement aux animaux WKHA, les animaux SD démontraient un remodelage ventriculaire plus rapide et prononcé et une progression précoce vers l’insuffisance cardiaque, aucune différence n’était observable entre les deux groupes au niveau des dysfonctions mitochondriales, suggérant quelles ne sont pas à l’origine de la progression plus rapide de la pathologie chez la souche SD, à tout le moins en réponse à la surcharge volumique. Nous avons par la suite déterminé, à l’aide des mêmes approches expérimentales, si cette vulnérabilité mitochondriale était observable dans une cardiopathie d’étiologie différente, plus spécifiquement celle qui est associée à la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), une maladie génétique causée par une mutation de la protéine dystrophine. Nos études menées (études 2-4) sur de jeunes souris mdx (le modèle murin de la DMD) exemptes de tout signe clinique de cardiopathie n’ont révélé aucune différence au niveau des fonctions mitochondriales de base. Cependant, tout comme dans le modèle d’ACF, les mitochondries dans le cœur de souris mdx étaient significativement plus vulnérables à l’ouverture du PTP lorsque soumises à une I-R (étude 2). Par ailleurs, nous avons démontré que l’administration aiguë de sildénafil aux souris mdx induisait une abolition de l’ouverture du PTP et de ses conséquences signalétiques, une diminution marquée du dommage tissulaire et une meilleure récupération fonctionnelle à la suite de l’I-R (étude 3). Nous avons ensuite testé chez la souris mdx l’administration aiguë de SS31, un peptide anti-oxydant ciblé aux mitochondries, cependant aucun effet protecteur n’a été observé, suggérant que le tamponnement des radicaux libres est d’une utilité limitée si les perturbations de l’homéostasie calcique typiques à cette pathologie ne sont pas traitées simultanément (étude 4). Globalement, les travaux effectués au cours de cette thèse démontrent que la vulnérabilité à l’ouverture du PTP constitue une dysfonction précoce et commune qui survient au cours de remodelages ventriculaires pathologiques d’étiologies différentes. Par ailleurs, ces travaux suggèrent des stratégies d’intervention pharmacologiques ciblant ce processus, dont l’efficacité pour la prévention de l’insuffisance cardiaque demande à être établie.

Rôle de l'estérification des acides gras dans la régulation de la sécrétion d'insuline et le stress métabolique induits par le glucose

Le diabète est une maladie chronique de l’homéostasie du glucose caractérisée par une hyperglycémie non contrôlée qui est le résultat d’une défaillance de la sécrétion d’insuline en combinaison ou non avec une altération de l’action de l’insuline. La surnutrition et le manque d’activité physique chez des individus qui ont des prédispositions génétiques donnent lieu à la résistance à l’insuline. Pendant cette période dite de compensation où la concentration d’acides gras plasmatiques est élevée, l’hyperinsulinémie compense pleinement pour la résistance à l’insuline des tissus cibles et la glycémie est normale. Le métabolisme du glucose par la cellule pancréatique bêta entraîne la sécrétion d’insuline. Selon le modèle classique de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, l’augmentation du ratio ATP/ADP résultant de la glycolyse et de l’oxydation du glucose, induit la fermeture des canaux KATP-dépendant modifiant ainsi le potentiel membranaire suivi d’un influx de Ca2+. Cet influx de Ca2+ permet l’exocytose des granules de sécrétion contenant l’insuline. Plusieurs nutriments comme les acides gras sont capables de potentialiser la sécrétion d’insuline. Cependant, le modèle classique ne permet pas d’expliquer cette potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Pour expliquer l’effet potentialisateur des acides gras, notre laboratoire a proposé un modèle complémentaire où le malonyl-CoA dérivé du métabolisme anaplérotique du glucose inhibe la carnitine palmitoyltransférase-1, l’enzyme qui constitue l’étape limitante de l’oxydation des acides gras favorisant ainsi leur estérification et donc la formation de dérivés lipidiques signalétiques. Le modèle anaplérotique/lipidique de la sécrétion d'insuline induite par le glucose prédit que le malonyl-CoA dérivé du métabolisme du glucose inhibe la bêta-oxydation des acides gras et augmente la disponibilité des acyl-CoA ou des acides gras non-estérifiés. Les molécules lipidiques agissant comme facteurs de couplage du métabolisme des acides gras à l'exocytose d'insuline sont encore inconnus. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont démontré qu’en augmentant la répartition des acides gras vers la bêta-oxydation, la sécrétion d’insuline induite par le glucose était réduite suggérant qu’un des dérivés de l’estérification des acides gras est important pour la potentialisation sur la sécrétion d’insuline. En effet, à des concentrations élevées de glucose, les acides gras peuvent être estérifiés d’abord en acide lysophosphatidique (LPA), en acide phosphatidique (PA) et en diacylglycérol (DAG) et subséquemment en triglycérides (TG). La présente étude a établi l’importance relative du processus d’estérification des acides gras dans la production de facteurs potentialisant la sécrétion d’insuline. Nous avions émis l’hypothèse que des molécules dérivées des processus d’estérification des acides gras (ex : l’acide lysophosphatidique (LPA) et le diacylglycerol (DAG)) agissent comme signaux métaboliques et sont responsables de la modulation de la sécrétion d’insuline en présence d’acides gras. Afin de vérifier celle-ci, nous avons modifié le niveau d’expression des enzymes clés contrôlant le processus d’estérification par des approches de biologie moléculaire afin de changer la répartition des acides gras dans la cellule bêta. L’expression des différents isoformes de la glycérol-3-phosphate acyltransférase (GPAT), qui catalyse la première étape d’estérification des acides gras a été augmenté et inhibé. Les effets de la modulation de l’expression des isoenzymes de GPAT sur les processus d’estérifications, sur la bêta-oxydation et sur la sécrétion d’insuline induite par le glucose ont été étudiés. Les différentes approches que nous avons utilisées ont changé les niveaux de DAG et de TG sans toutefois altérer la sécrétion d’insuline induite par le glucose. Ainsi, les résultats de cette étude n’ont pas associé de rôle pour l’estérification de novo des acides gras dans leur potentialisation de la sécrétion d’insuline. Cependant, l’estérification des acides gras fait partie intégrante d’un cycle de TG/acides gras avec sa contrepartie lipolytique. D’ailleurs, des études parallèles à la mienne menées par des collègues du laboratoire ont démontré un rôle pour la lipolyse et un cycle TG/acides gras dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Parallèlement à nos études des mécanismes de la sécrétion d’insuline impliquant les acides gras, notre laboratoire s’intéresse aussi aux effets négatifs des acides gras sur la cellule bêta. La glucolipotoxicité, résultant d’une exposition chronique aux acides gras saturés en présence d’une concentration élevée de glucose, est d’un intérêt particulier vu la prépondérance de l’obésité. L’isoforme microsomal de GPAT a aussi utilisé comme outil moléculaire dans le contexte de la glucolipotoxicité afin d’étudier le rôle de la synthèse de novo de lipides complexes dans le contexte de décompensation où la fonction des cellules bêta diminue. La surexpression de l’isoforme microsomal de la GPAT, menant à l’augmentation de l’estérification des acides gras et à une diminution de la bêta-oxydation, nous permet de conclure que cette modification métabolique est instrumentale dans la glucolipotoxicité.

Le blocage de la reconsolidation des souvenirs, une avenue possible pour le traitement du trouble de stress post-traumatique?

La présente thèse porte sur l’évaluation de l’efficacité d’un nouveau traitement pour le trouble de stress post-traumatique (TSPT). Le traitement a été développé selon les prémisses de la théorie de la reconsolidation des souvenirs. Il consiste en six courtes séances de remémoration de l’événement traumatique réalisées sous l’effet du propranolol, un bêtabloquant. La population de l’étude est constituée de patients souffrant d’un TSPT chronique. La thèse comporte cinq chapitres. Le premier chapitre est l’introduction, on y retrouve une description du TSPT, des traitements validés empiriquement, de diverses théories de la mémoire, d’un modèle étiologique du TSPT, d’études sur la consolidation et la reconsolidation, de la pharmacocinétique et du mécanisme d’action du propranolol,ainsi que des objectifs de la thèse. Le second chapitre est une revue critique de littérature sur la théorie de la reconsolidation. Comme l’étude du phénomène de la reconsolidation est récente, nous tentons de faire le point sur l’état des connaissances dans le domaine, dans un effort de réflexion sur la validité de la théorie. Nous proposons une série de critères permettant de différencier la reconsolidation d’autres processus connexes. Nous concluons que la théorie paraît valide, bien que d’autres études soient nécessaires afin de rendre compte de résultats négatifs publiés par le passé. Le troisième chapitre est un essai ouvert, et vise à évaluer l’efficacité d’un traitement basé sur la reconsolidation à diminuer la sévérité et l’incidence du TSPT, auprès de 42 patients souffrant d’un TSPT chronique. Le traitement consiste en six séances de remémoration de l’événement traumatique sous propranolol. Lors d’un suivi à trois mois, nous rapportons une diminution des symptômes de TSPT de 41%-56%, ainsi qu’une diminution de l’incidence du TSPT de 74%. En comparaison, seulement 2/25 patients du groupe contrôle (ayant participé uniquement aux évaluations) ne souffrent plus d’un TSPT. Dans le groupe traitement, les tailles d’effet (d de Cohen)varient entre 1.32-2.19. Le quatrième chapitre a comme objectif d’identifier des caractéristiques des patients prédisant l’efficacité du traitement, et d’explorer s’ils s’améliorent dans des domaines de santé autres que le TSPT. Nous rapportons que les femmes s’améliorent davantage que les hommes, mais que d’autres facteurs, tels que la sévérité des traits de personnalité borderline ou le type de trauma (enfance versus adulte), n’influent pas sur l’efficacité. Également, les patients s’améliorent dans les domaines de santé suivants : la qualité de vie, la symptomatologie dépressive, l’intensité des émotions négatives au rappel de l’événement traumatique et dans la vie courante. Le cinquième chapitre contient la discussion générale de la thèse. Nous effectuons une synthèse et interprétation des résultats, nous examinons les hypothèses alternatives à l’amélioration clinique et abordons des pistes de recherches futures. Nous concluons que le traitement à l’étude a été efficace dans notre échantillon de patients souffrant d’un TSPT chronique. Étant donné la méthodologie employée (essai ouvert), nous ne pouvons statuer sur le mécanisme d’action du traitement, à savoir si l’amélioration clinique a été réellement causée par un blocage de la reconsolidation des souvenirs.

L’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique

Objectif : Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique. Devis expérimental : 16 patients souffrant de douleur chronique lombalgique et 18 sujets contrôles ont participé à une étude d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et ont collecté des échantillons de salive afin de quantifier les niveaux d’hormone de stress (i.e. cortisol) la journée de l’étude (réponse réactive) et durant les sept jours consécutifs suivants (réponse basale). Étude 1 : Une première étude a examiné le lien entre les niveaux de cortisol basal, le volume de l’hippocampe et l’activité cérébrale évoquée par la douleur thermique chez des patients souffrant de douleur chronique et les sujets contrôles. Les résultats révèlent que les patients souffrant de douleur chronique avaient des niveaux de cortisol plus élevés que ceux des sujets contrôles. Chez ces patients, un niveau élevé de cortisol était associé à un plus petit volume de l'hippocampe et à davantage d’activation dans le gyrus parahippocampique antérieure (une région impliquée dans l'anxiété anticipatoire et l'apprentissage associatif). De plus, une analyse de médiation a montré que le niveau de cortisol basal et la force de la réponse parahippocampique explique statistiquement l’association négative entre le volume de l'hippocampe et l'intensité de la douleur chronique. Ces résultats suggèrent que l’activité endocrinienne plus élevée chez les patients ayant un plus petit hippocampe modifie le fonctionnement du complexe hippocampique et contribue à l’intensité de la douleur chronique. Étude 2 : La deuxième étude a évalué la contribution de la réponse de stress réactif aux différences interindividuelles dans la perception de la douleur aiguë chez des patients souffrant de douleur chronique et chez des sujets normaux. Les deux groupes ont montré des augmentations significatives du niveau de cortisol en réponse à des stimulations nocives administrées dans un contexte d’IRM suggérant ainsi que la réactivité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien est préservée chez les patients lombalgiques. De plus, les individus présentant une réponse hormonale de stress plus forte ont rapporté moins de douleur et ont montré une réduction de l'activation cérébrale dans le noyau accumbens, dans le cortex cingulaire antérieur (CCA), le cortex somatosensoriel primaire, et l'insula postérieure. Des analyses de médiation ont indiqué que la douleur liée à l'activité du CCA explique statistiquement la relation entre la réponse de stress et le désagrément de la douleur rapportée par les participants. Enfin, des analyses complémentaires ont révélé que le stress réduit la connectivité fonctionnelle entre le CCA et le tronc cérébral pendant la douleur aiguë. Ces résultats indiquent que le stress réactif module la douleur et contribue à la variabilité interindividuelle de l'activité cérébrale et la réponse affective à la douleur. Discussion : Conjointement, ces études suggèrent dans un premier temps que la douleur chronique peut être exacerbée par une réponse physiologique inadéquate de l'organisme exposé à un stress récurrent, et en un second temps, que le CCA contribuerait à l'analgésie induite par le stress. Sur le plan conceptuel, ces études renforcent le point de vue prédominant suggérant que la douleur chronique induit des changements dans les systèmes cérébraux régissant les fonctions motivationnelles et affective de la douleur.

Oxidative stress: a systemic factor implicated in the pathogenesis of hepatic encephalopathy.

Although ammonia is considered the main factor involved in the pathogenesis of hepatic encephalopathy (HE), it correlates well with the severity of HE in acute liver failure, but not in chronic liver disease. Oxidative stress is another factor believed to play a role in the pathogenesis of this syndrome; it represents an imbalance between the production and neutralization of reactive oxygen species, which leads to cellular dysfunction. In the setting of liver disease, oxidative stress represents a systemic phenomenon induced by several mechanisms: decreased antioxidant synthesis, increased systemic release of oxidant enzymes, generation of reactive oxygen species, and impaired neutrophil function. High ammonia concentrations induce cerebral oxidative stress, thus contributing to severe hepatic encephalopathy, as observed in acute liver failure. In chronic liver disease, significantly lower degrees of hyperammonemia (<500 μM) do not induce cerebral nor systemic oxidative stress. Data from both animal and human studies sustain that there is a synergistic effect between systemic oxidative stress, and ammonia that is implicated in the pathogenesis of hepatic encephalopathy.

Influence du microenvironnement inflammatoire sur la sénescence contrôlée par la réponse aux dommages à l'ADN, et sa régulation par l’induction du stress à la chromatine

La sénescence cellulaire, ou l’arrêt irréversible de la prolifération, influence des processus physiologiques et pathologiques, comme le cancer. Parmi les caractéristiques de la sénescence, se retrouve le PSAS ou phénotype sécrétoire associé à la sénescence. Le PSAS est composé d’une variété de cytokines, facteurs de croissance et protéases. Ses actions pro- et anti-tumorale sont connues, mais l’on ignore laquelle prédomine. Mes travaux s’attardent aux effets du PSAS sur l’induction de la sénescence dans les cellules environnantes et à sa régulation. Nous avons démontré que le PSAS ne synergise pas avec la dysfonction télomérique chronique ou aigue, afin de causer un arrêt de croissance. Également, l’étude du mécanisme responsable de l’induction de la sénescence par stress à la chromatine, suggère que la kinase c-Abl n’est pas requise pour cette voie, contrairement à des publications antérieures. Mes travaux éclairent les mécanismes d’action et la régulation du PSAS dans la sénescence induite par dysfonction télomérique et par stress à la chromatine.