Is persistent hypotension after transient cardiogenic shock associated with an inflammatory response?

We evaluated the recovery of cardiovascular function after transient cardiogenic shock. Cardiac tamponade was performed for 1 h and post-shock data were collected in 5 domestic large white female pigs (43 ± 5 kg) for 6 h. The control group (N = 5) was observed for 6 h after 1 h of resting. During 1 h of cardiac tamponade, experimental animals evolved a low perfusion status with a higher lactate level (8.0 ± 2.2 vs 1.9 ± 0.9 mEq/L), lower standard base excess (-7.3 ± 3.3 vs 2.0 ± 0.9 mEq/L), lower urinary output (0.9 ± 0.9 vs 3.0 ± 1.4 mL·kg-1·h-1), lower mixed venous saturation, higher ileum partial pressure of CO2-end tidal CO2 (EtCO2) gap and a lower cardiac index than the control group. Throughout the 6-h recovery phase after cardiac tamponade, tamponade animals developed significant tachycardia with preserved cardiac index, resulting in a lower left ventricular stroke work, suggesting possible myocardial dysfunction. Vascular dysfunction was present with persistent systemic hypotension as well as persistent pulmonary hypertension. In contrast, oliguria, hyperlactatemia and metabolic acidosis were corrected by the 6th hour. The inflammatory characteristics were an elevated core temperature and increased plasma levels of interleukin-6 in the tamponade group compared to the control group. We conclude that cardiovascular recovery after a transient and severe low flow systemic state was incomplete. Vascular dysfunction persisted up to 6 h after release of tamponade. These inflammatory characteristics may also indicate that inflammatory activation is a possible pathway involved in the pathogenesis of cardiogenic shock.

Inflammatory response in a rat model of gastroschisis is associated with an increase of NF-kappaB

Babies with gastroschisis have high morbidity, which is associated with inflammatory bowel injury caused by exposure to amniotic fluid. The objective of this study was to identify components of the inflammatory response in the intestine and liver in an experimental model of gastroschisis in rats. The model was surgically created at 18.5 days of gestation. The fetuses were exposed through a hysterotomy and an incision at the right of the umbilicus was made, exposing the fetal bowel. Then, the fetus was placed back into the uterus until term. The bowel in this model had macro- and microscopic characteristics similar to those observed in gastroschisis. The study was conducted on three groups of 20 fetuses each: gastroschisis, control, and sham fetuses. Fetal body, intestine and liver weights and intestine length were measured. IL-1β, IL-6, IL-10, TNF-α, IFN-γ and NF-kappaB levels were assessed by ELISA. Data were analyzed statistically by ANOVA followed by the Tukey post-test. Gastroschisis fetuses had a decreased intestine length (means ± SD, 125 ± 25 vs 216 ± 13.9; P < 0.005) and increased intestine weight (0.29 ± 0.05 vs 0.24 ± 0.04; P < 0.005). Intestine length correlated with liver weight only in gastroschisis fetuses (Pearson’s correlation coefficient, r = 0.518, P = 0.019). There were no significant differences in the concentrations of IL-1β, TNF-α or IFN-γ in the intestine, whereas the concentration of NF-kappaB was increased in both the intestine and liver of fetuses with gastroschisis. These results show that the inflammatory response in the liver and intestine of the rat model of gastroschisis is accompanied by an increase in the amount of NF-kappaB in the intestine and liver.

Cardiac gene expression and systemic cytokine profile are complementary in a murine model of post-ischemic heart failure

After myocardial infarction (MI), activation of the immune system and inflammatory mechanisms, among others, can lead to ventricular remodeling and heart failure (HF). The interaction between these systemic alterations and corresponding changes in the heart has not been extensively examined in the setting of chronic ischemia. The main purpose of this study was to investigate alterations in cardiac gene and systemic cytokine profile in mice with post-ischemic HF. Plasma was tested for IgM and IgG anti-heart reactive repertoire and inflammatory cytokines. Heart samples were assayed for gene expression by analyzing hybridization to AECOM 32k mouse microarrays. Ischemic HF significantly increased the levels of total serum IgM (by 5.2-fold) and total IgG (by 3.6-fold) associated with a relatively high content of anti-heart specificity. A comparable increase was observed in the levels of circulating pro-inflammatory cytokines such as IL-1β (3.8X) and TNF-α (6.0X). IFN-γ was also increased by 3.1-fold in the MI group. However, IL-4 and IL-10 were not significantly different between the MI and sham-operated groups. Chemokines such as MCP-1 and IL-8 were 1.4- and 13-fold increased, respectively, in the plasma of infarcted mice. We identified 2079 well annotated unigenes that were significantly regulated by post-ischemic HF. Complement activation and immune response were among the most up-regulated processes. Interestingly, 21 of the 101 quantified unigenes involved in the inflammatory response were significantly up-regulated and none were down-regulated. These data indicate that post-ischemic heart remodeling is accompanied by immune-mediated mechanisms that act both systemically and locally.

Normal skin and hypertrophic scar fibroblasts differentially regulate collagen and fibronectin expression as well as mitochondrial membrane potential in response to basic fibroblast growth factor

Basic fibroblast growth factor (bFGF) regulates skin wound healing; however, the underlying mechanism remains to be defined. In the present study, we determined the effects of bFGF on the regulation of cell growth as well as collagen and fibronectin expression in fibroblasts from normal human skin and from hypertrophic scars. We then explored the involvement of mitochondria in mediating bFGF-inducedeffects on the fibroblasts. We isolated and cultivated normal and hypertrophic scar fibroblasts from tissue biopsies of patients who underwent plastic surgery for repairing hypertrophic scars. The fibroblasts were then treated with different concentrations of bFGF (ranging from 0.1 to 1000 ng/mL). The growth of hypertrophic scar fibroblasts became slower with selective inhibition of type I collagen production after exposure to bFGF. However, type III collagen expression was affected in both normal and hypertrophic scar fibroblasts. Moreover, fibronectin expression in the normal fibroblasts was up-regulated after bFGF treatment. bFGF (1000 ng/mL) also induced mitochondrial depolarization in hypertrophic scar fibroblasts (P < 0.01). The cellular ATP level decreased in hypertrophic scar fibroblasts (P < 0.05), while it increased in the normal fibroblasts following treatment with bFGF (P < 0.01). These data suggest that bFGF has differential effects and mechanisms on fibroblasts of the normal skin and hypertrophic scars, indicating that bFGF may play a role in the early phase of skin wound healing and post-burn scar formation.

Plasma cytokine response, lipid peroxidation and NF-κB activation in skeletal muscle following maximum progressive swimming

Our objective was to determine lipid peroxidation and nuclear factor-κB (NF-κB) activation in skeletal muscle and the plasma cytokine profile following maximum progressive swimming. Adult male Swiss mice (N = 15) adapted to the aquatic environment were randomly divided into three groups: immediately after exercise (EX1), 3 h after exercise (EX2) and control. Animals from the exercising groups swam until exhaustion, with an initial workload of 2% of body mass attached to the tail. Control mice did not perform any exercise but were kept immersed in water for 20 min. Maximum swimming led to reactive oxygen species (ROS) generation in skeletal muscle, as indicated by increased thiobarbituric acid reactive species (TBARS) levels (4062.67 ±1487.10 vs 19,072.48 ± 8738.16 nmol malondialdehyde (MDA)/mg protein, control vs EX1). Exercise also promoted NF-κB activation in soleus muscle. Cytokine secretion following exercise was marked by increased plasma interleukin-6 (IL-6) levels 3 h post-exercise (P < 0.05). Interleukin-10 (IL-10) levels were reduced following exercise and remained reduced 3 h post-exercise (P < 0.05). Plasma levels of other cytokines investigated, monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1), tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), interferon-gamma (IFN-γ) and interleukin-12 (IL-12), were not altered by exercise. The present findings showed that maximum swimming, as well as other exercise models, led to lipid peroxidation and NF-κB activation in skeletal muscle and increased plasma IL-6 levels. The plasma cytokine response was also marked by reduced IL-10 levels. These results were attributed to exercise type and intensity.

Hemodynamic mechanisms of the attenuated blood pressure response to mental stress after a single bout of maximal dynamic exercise in healthy subjects

To determine the hemodynamic mechanisms responsible for the attenuated blood pressure response to mental stress after exercise, 26 healthy sedentary individuals (age 29 ± 8 years) underwent the Stroop color-word test before and 60 min after a bout of maximal dynamic exercise on a treadmill. A subgroup (N = 11) underwent a time-control experiment without exercise. Blood pressure was continuously and noninvasively recorded by infrared finger photoplethysmography. Stroke volume was derived from pressure signals, and cardiac output and peripheral vascular resistance were calculated. Perceived mental stress scores were comparable between mental stress tests both in the exercise (P = 0.96) and control (P = 0.24) experiments. After exercise, the blood pressure response to mental stress was attenuated (pre: 10 ± 13 vs post: 6 ± 7 mmHg; P < 0.01) along with lower values of systolic blood pressure (pre: 129 ± 3 vs post: 125 ± 3 mmHg; P < 0.05), stroke volume (pre: 89.4 ± 3.5 vs post: 76.8 ± 3.8 mL; P < 0.05), and cardiac output (pre: 7.00 ± 0.30 vs post: 6.51 ± 0.36 L/min; P < 0.05). Except for heart rate, the hemodynamic responses and the mean values during the two mental stress tests in the control experiment were similar (P > 0.05). In conclusion, a single bout of maximal dynamic exercise attenuates the blood pressure response to mental stress in healthy subjects, along with lower stroke volume and cardiac output, denoting an acute modulatory action of exercise on the central hemodynamic response to mental stress.

Short-term and long-term antibody response by mice after immunization against Neisseria meningitidis B or diphtheria toxoid

Serogroup B Neisseria meningitidis (MenB) is a major cause of invasive disease in early childhood worldwide. The only MenB vaccine available in Brazil was produced in Cuba and has shown unsatisfactory efficacy when used to immunize millions of children in Brazil. In the present study, we compared the specific functional antibody responses evoked by the Cuban MenB vaccine with a standard vaccine against diphtheria (DTP: diphtheria, tetanus, pertussis) after primary immunization and boosting of mice. The peak of bactericidal and opsonic antibody titers to MenB and of neutralizing antibodies to diphtheria toxoid (DT) was reached after triple immunization with the MenB vaccine or DTP vaccine, respectively. However, 4 months after immunization, protective DT antibody levels were present in all DTP-vaccinated mice but in only 20% of the mice immunized against MenB. After 6 months of primary immunization, about 70% of animals still had protective neutralizing DT antibodies, but none had significant bactericidal antibodies to MenB. The booster doses of DTP or MenB vaccines produced a significant antibody recall response, suggesting that both vaccines were able to generate and maintain memory B cells during the period studied (6 months post-triple immunization). Therefore, due to the short duration of serological memory induced by the MenB vaccine (VA-MENGOC-BC® vaccine), its use should be restricted to outbreaks of meningococcal disease.

Myosin light chain kinase is necessary for post-shock mesenteric lymph drainage enhancement of vascular reactivity and calcium sensitivity in hemorrhagic-shocked rats

Vascular hyporeactivity is an important factor in irreversible shock, and post-shock mesenteric lymph (PSML) blockade improves vascular reactivity after hemorrhagic shock. This study explored the possible involvement of myosin light chain kinase (MLCK) in PSML-mediated vascular hyporeactivity and calcium desensitization. Rats were divided into sham (n=12), shock (n=18), and shock+drainage (n=18) groups. A hemorrhagic shock model (40±2 mmHg, 3 h) was established in the shock and shock+drainage groups. PSML drainage was performed from 1 to 3 h from start of hypotension in shock+drainage rats. Levels of phospho-MLCK (p-MLCK) were determined in superior mesenteric artery (SMA) tissue, and the vascular reactivity to norepinephrine (NE) and sensitivity to Ca2+ were observed in SMA rings in an isolated organ perfusion system. p-MLCK was significantly decreased in the shock group compared with the sham group, but increased in the shock+drainage group compared with the shock group. Substance P (1 nM), an agonist of MLCK, significantly elevated the decreased contractile response of SMA rings to both NE and Ca2+ at various concentrations. Maximum contractility (Emax) in the shock group increased with NE (from 0.179±0.038 to 0.440±0.177 g/mg, P<0.05) and Ca2+ (from 0.515±0.043 to 0.646±0.096 g/mg, P<0.05). ML-7 (0.1 nM), an inhibitor of MLCK, reduced the increased vascular response to NE and Ca2+ at various concentrations in the shock+drainage group (from 0.744±0.187 to 0.570±0.143 g/mg in Emax for NE and from 0.729±0.037 to 0.645±0.056 g/mg in Emax for Ca2+, P<0.05). We conclude that MLCK is an important contributor to PSML drainage, enhancing vascular reactivity and calcium sensitivity in rats with hemorrhagic shock.

Bone markers and cytokines in response to low-impact, high-intensity exercise

A low-impact, high-intensity interval exercise (HIE) bout was used to determine whether an association exists between cytokines and bone turnover markers following an acute bout of exercise. Twenty-three recreationally active males (21.8±2.4yr) performed a single HIE bout on a cycle ergometer at 90% relative intensity. Venous blood samples were collected prior to exercise, 5-minutes, 1-hour, and 24-hours post-exercise, and were analyzed for serum levels of pro-inflammatory (IL-6, IL-1α, IL-1β, and TNF-α) and anti- inflammatory cytokines (IL-10) and markers of bone formation (BAP, OPG) and resorption (NTX, RANKL). Significant effects were observed with all bone markers, especially 5-minutes post-exercise with BAP, OPG, and RANKL increasing from baseline (p<0.05). Significant effects were also observed for IL-1α, IL-1β, IL-6, and TNF-α (p<0.00, p=0.04, p=0.03, p<0.00). In addition, post-exercise changes in NTX, BAP, and OPG were significantly correlated pro- and anti-inflammatory cytokines, suggesting that an interaction exists between the immune and skeletal response to exercise.

Post-hatch heat warms adult beaks: irreversible physiological plasticity in Japanese quail

Across taxa, the early rearing environment contributes to adult morphological and physiological variation. For example, in birds, environmental temperature plays a key role in shaping bill size and clinal trends across latitudinal/thermal gradients. Such patterns support the role of the bill as a thermal window and in thermal balance. It remains unknown whether bill size and thermal function are reversibly plastic. We raised Japanese quail in warm (308C) or cold (158C) environments and then at a common intermediate temperature. We predicted that birds raised in cold temperatures would develop smaller bills than warm-reared individuals, and that regulation of blood flow to the bill in response to changing temperatures would parallel the bill’s role in thermal balance. Cold-reared birds developed shorter bills, although bill size exhibited ‘catch-up’ growth once adults were placed at a common temperature. Despite having lived in a common thermal environment as adults, individuals that were initially reared in the warmth had higher bill surface temperatures than coldreared individuals, particularly under cold conditions. This suggests that blood vessel density and/or the control over blood flow in the bill retained a memory of early thermal ontogeny. We conclude that post-hatch temperature reversibly affects adult bill morphology but irreversibly influences the thermal physiological role of bills and may play an underappreciated role in avian energetics

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.

Les Signaux Post Mortem (SPM) de l’apoptose endothéliale : des acteurs du remodelage vasculaire

L’immunosuppression a permis d’améliorer l’incidence du rejet aigu sans toutefois améliorer significativement le rejet chronique. Celui-ci est caractérisé par une vasculopathie du greffon (VG) similaire à une forme accélérée d’athérosclérose native accompagnée de fibrose. La pathophysiologie de la VG découle de l’hypothèse de réponse à l’insulte proposée par Russell Ross en 1977. Selon son postulat, l’endothélium stressé par des facteurs immunologiques et non immunologiques initie l’apoptose endothéliale suivi d’une réponse de réparation vasculaire via un épaississement myo-intimal aux sites d’insultes. Toutefois, lorsque les stress endothéliaux initiaux demeurent soutenus, l’apoptose endothéliale et la réponse de réparation perpétuent. Compte tenu que l’inhibition de l’apoptose endothéliale bloque le développement de la VG in vivo, notre hypothèse de travail reposait sur les répercussions paracrines de l’apoptose endothéliale sur les types cellulaires participant au remodelage vasculaire. Nous avons généré un système expérimental in vitro afin d’induire l’apoptose endothéliale en absence significative de nécrose cellulaire. À l’aide d’une approche protéomique multidimensionnelle et comparative, nous avons démontré que les cellules endothéliales apoptotiques exportent spécifiquement 27 signaux post mortem (SPM). Nous avons démontré que certains de ces SPM ont des propriétés anti-apoptotiques (TCTP et EGF), d’autre fibrogénique (CTGF), récapitulant ainsi certains phénotypes cellulaires associés au développement de la VG. Parmi les médiateurs identifiés, 16 n’avaient pas de signal de sécrétion, incluant TCTP, suggérant que des mécanismes de sécrétion non conventionnels soient favorisés durant l’apoptose. Nous avons démontré que la caspase-3 effectrice régule la voie de sécrétion non classique exosomiale associée à l’export extracellulaire de nanovésicules TCTP+VE, anti-apoptotiques et biochimiquement distinctes des corps apoptotiques. Finalement, l’ensemble des données protéomiques ont permis d’émettre l’hypothèse qu’en réponse à un stress apoptotique, la cellule exporte différents médiateurs (solubles et vésiculaires) de manière non conventionnelle nécessitant la fusion d’organelles de la voie endocytaire et autophagique avec la membrane plasmique. Ce mécanisme serait régulé durant la phase effectrice de l’apoptose permettant ainsi d’initier une réponse de réparation extracellulaire seulement lorsque le destin cellulaire a atteint un point de non retour. Ainsi, le testament protéique et nanovésiculaire légué durant l’apoptose endothéliale pourrait servir simultanément de biomarqueur de la VG et de cible thérapeutique afin de diminuer le remodelage vasculaire pathologique.

Identification du rôle et des modifications post-traductionnelles modulant l’export nucléaire de l’hélicase virale E1 au cours du cycle de réplication du virus du papillome humain

Les virus du papillome humain (VPH) sont de petits virus à ADN double brin infectant les épithéliums de la peau et des muqueuses. La réplication nécessaire au maintien de leur génome dans les cellules infectées dépend des protéines virales E1 et E2. Au cours de la réplication, E1 est recrutée à l’origine de réplication par E2 afin d’être assemblée en doubles hexamères capables de dérouler l’ADN. E1 contient un domaine C-terminal responsable de l’activité ATPase/hélicase, un domaine central de liaison à l’origine et une région N-terminale régulant la réplication in vivo. Cette région contient des signaux de localisation et d’export nucléaire qui modulent le transport intracellulaire de E1. Chez le virus du papillome bovin (VPB), il a été proposé que ce transport est régulé par la sumoylation de E1. Finalement, la région N-terminale de E1 contient un motif de liaison aux cyclines permettant son interaction avec la cycline E/A-Cdk2. La phosphorylation de E1 par cette dernière régule différemment l’export nucléaire des protéines E1 du VPB et du VPH. Dans la première partie de cette étude, nous avons démontré que bien que la protéine E1 des VPH interagit avec Ubc9, l’enzyme de conjugaison de la voie de sumoylation, cette voie n’est pas requise pour son accumulation au noyau. Dans la seconde partie, nous avons déterminé que l’accumulation nucléaire de E1 est plutôt régulée pas sa phosphorylation. En fait, nous avons démontré que l’export nucléaire de E1 est inhibé par la phosphorylation de sérines conservées de la région N-terminale de E1 par Cdk2. Puis, nous avons établi que l’export nucléaire de E1 n’est pas nécessaire à l’amplification du génome dans les kératinocytes différenciés mais qu’il est requis pour le maintien du génome dans les kératinocytes non différenciés. En particulier, nous avons découvert que l’accumulation nucléaire de E1 inhibe la prolifération cellulaire en induisant un arrêt du cycle cellulaire en phase S et que cet effet anti-prolifératif est contrecarrée par l’export de E1 au cytoplasme. Dans la troisième partie de cette étude, nous avons démontré que l’arrêt cellulaire induit par E1 dépend de sa liaison à l’ADN et à l’ATP, et qu’il est accompagné par l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN dépendante de ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated). Ces deux événements semblent toutefois distincts puisque la formation d’un complexe E1-E2 réduit l’activation de la voie de réponse aux dommages par E1 sans toutefois prévenir l’arrêt de cycle cellulaire. Finalement, nous avons démontré que la réplication transitoire de l’ADN viral peut avoir lieu dans des cellules arrêtées en phase S, indépendamment de l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN et de la kinase ATM. Globalement, nos résultats démontrent que l’export nucléaire de E1 est régulé par sa phosphorylation et non par sa sumoylation. Ils démontrent également que l’export nucléaire de E1 est essentiel au maintien du génome dans les kératinocytes, possiblement parce qu’il prévient l’inhibition de la prolifération cellulaire et l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN en limitant l’accumulation de E1 au noyau.

Modulation de la néovascularisation post-ischémique en présence de facteurs de risque cardiovasculaire

L’athérosclérose est la principale cause d’infarctus du myocarde, de mort subite d’origine cardiaque, d’accidents vasculaires cérébraux et d’ischémie des membres inférieurs. Celle-ci cause près de la moitié des décès dans les pays industrialisés. Lorsque les obstructions artérielles athérosclérotiques sont tellement importantes que les techniques de revascularisation directe ne peuvent être effectuées avec succès, la sévérité de l’ischémie tissulaire résiduelle dépendra de l’habilité de l’organisme à développer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins (néovascularisation). La néovascularisation postnatale est le résultat de deux phénomènes : la formation de nouveaux vaisseaux à partir de la vasculature existante (angiogenèse) et la formation de vaisseaux à partir de cellules souches progénitrices (vasculogenèse). Notre laboratoire a démontré que plusieurs facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (tabagisme, vieillissement, hypercholestérolémie) diminuaient également la réponse angiogénique suite à une ischémie. Cependant, les mécanismes précis impliqués dans cette physiopathologie sont encore inconnus. Un point commun à tous ces facteurs de risque cardiovasculaire est l’augmentation du stress oxydant. Ainsi, le présent ouvrage visait à élucider l’influence de différents facteurs de risque cardiovasculaire et du stress oxydant sur la néovascularisation. Nos résultats démontrent que l’exposition à la fumée de cigarette et le vieillissement sont associés à une diminution de la néovascularisation en réponse à l’ischémie, et que ceci est au moins en partie causé par une augmentation du stress oxydant. De plus, nous démontrons que les acides gras dérivés de la diète peuvent affecter la réponse à l’ischémie tissulaire. La première étude du projet de recherche visait à évaluer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur la néovascularisation post-ischémique, et l’effet d’une thérapie antioxydante. L’exposition à la fumée de cigarette a été associée à une réduction significative de la récupération du flot sanguin et de la densité des vaisseaux dans les muscles ischémiques. Cependant, une récupération complète de la néovascularisation a été démontrée chez les souris exposées à la fumée de cigarette et traitées au probucol ou aux vitamines antioxydantes. Nous avons démontré qu’une thérapie antioxydante administrée aux souris exposées à la fumée de cigarette était associée à une réduction significative des niveaux de stress oxydant dans le plasma et dans les muscles ischémiques. De plus, les cellules endothéliales progénitrices (EPCs) exposées à de l’extrait de fumée de cigarette in vitro présentent une diminution significative de leur activité angiogénique (migration, adhésion et incorporation dans les tissus ischémiques) qui a été complètement récupérée par le probucol et les vitamines antioxydantes. La deuxième étude avait pour but d’investiguer le rôle potentiel de la NADPH oxydase (Nox2) pour la modulation de la néovascularisation post-ischémique dans le contexte du vieillissement. Nous avons trouvé que l’expression de la Nox2 est augmentée par le vieillissement dans les muscles ischémiques des souris contrôles. Ceci est associé à une réduction significative de la récupération du flot sanguin après l’ischémie chez les vieilles souris contrôles comparées aux jeunes. Nous avons aussi démontré que la densité des capillaires et des artérioles est significativement réduite dans les muscles ischémiques des animaux vieillissants alors que les niveaux de stress oxydant sont augmentés. La déficience en Nox2 réduit les niveaux de stress oxydant dans les tissus ischémiques et améliore la récupération du flot sanguin et la densité vasculaire chez les animaux vieillissants. Nous avons aussi démontré que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et adhésion à des cellules endothéliales matures) est significativement diminuée chez les souris vieillissantes comparée aux jeunes. Cependant, la déficience en Nox2 est associée à une récupération de l’activité fonctionnelle des EPCs chez les animaux vieillissants. Nous avons également démontré une augmentation pathologique du stress oxydant dans les EPCs isolées d’animaux vieillissants. Cette augmentation de stress oxydant dans les EPCs n’est pas présente chez les animaux déficients en Nox2. La troisième étude du projet de recherche a investigué l’effet des acides gras dérivés de la diète sur la néovascularisation postnatale. Pour ce faire, les souris ont reçu une diète comprenant 20% d’huile de maïs (riche en oméga-6) ou 20% d’huile de poisson (riche en oméga-3). Nos résultats démontrent qu’une diète riche en oméga-3 améliore la néovascularisation post-ischémique au niveau macro-vasculaire, micro-vasculaire et clinique comparée à une diète riche en oméga-6. Cette augmentation de la néovascularisation postnatale est associée à une réduction du ratio cholestérol total/cholestérol HDL dans le sérum et à une amélioration de la voie VEGF/NO dans les tissus ischémiques. De plus, une diète riche en acides gras oméga-3 est associée à une augmentation du nombre d’EPCs au niveau central (moelle osseuse) et périphérique (rate). Nous démontrons aussi que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et incorporation dans des tubules de cellules endothéliales matures) est améliorée et que le niveau de stress oxydant dans les EPCs est réduit par la diète riche en oméga-3. En conclusion, nos études ont permis de déterminer l’impact de différents facteurs de risque cardiovasculaire (tabagisme et vieillissement) et des acides gras dérivés de la diète (oméga-3) sur la néovascularisation post-ischémique. Nous avons aussi identifié plusieurs mécanismes qui sont impliqués dans cette physiopathologie. Globalement, nos études devraient contribuer à mieux comprendre l’effet du tabagisme, du vieillissement, des oméga-3, et du stress oxydant sur l’évolution des maladies vasculaires ischémiques.

Études pharmacocinétiques exploratoires de certains médicaments utilisés en analgésie post-opératoire

La douleur post-opératoire chez les patients constitue un défi thérapeutique important pour les cliniciens. Le traitement de la douleur post-opératoire n’est pas accessoire ni optionnel, puisqu’il permet de donner un congé de l’hôpital plus rapide aux patients et ainsi, il contribue à des économies importantes pour notre système de santé. Parmi les approches thérapeutiques utilisées pour la prise en charge de la douleur post-opératoire, cette thèse s’intéresse particulièrement aux blocs de nerfs périphériques par les anesthésiques locaux et à l’administration de la néostigmine par voie épidurale. Ces médicaments sont utilisés en clinique sans avoir préalablement établi, en se basant sur leur propriétés pharmacocinétiques et pharmacodynamiques spécifiques, leurs doses optimales. Ces doses devraient également tenir en considération les particularités anatomiques du site d’injection par rapport au site d’action. Cette thèse inclut des études exploratoires qui ont contribué à caractériser la pharmacocinétique de la ropivacaïne et de la bupivacaïne ainsi que la pharmacocinétique et la pharmacodynamie de la néostigmine. La première étude portait sur seize patients subissant une chirurgie orthopédique avec un bloc combiné des nerfs fémoral et sciatique par la ropivacaïne (n=8) ou la bupivacaïne (n=8). C’était la première étude qui a inclu des temps d’échantillons pharmacocinétiques allant jusqu’à 32 h après le bloc et ces résultats ont démontré une variabilité interindividuelle considérable. La modélisation par approche de population a aidé à expliquer les sources de la variabilité et démontré que l’absorption systémique des anesthésiques locaux était très lente. De plus, les concentrations plasmatiques demeuraient mesurables, et dans certains cas présentaient un plateau, 32 h après le bloc. Dans les prochaines études, un échantillonnage allant jusqu’à 4 ou 5 jours sera nécessaire afin d’atteindre la fin de l’absorption. La deuxième étude a établi le développement d’un modèle animal en étudiant la pharmacocinétique de la ropivacaïne après administration intraveineuse ainsi que son degré de liaison aux protéines plasmatiques chez le lapin (n=6). Les résultats ont démontré que, chez le lapin la ropivacaïne est beaucoup moins liée aux protéines plasmatiques comparativement à l’humain. Ce résultat important sera utile pour planifier les prochaines études précliniques. La troisième étude a exploré, pour la première fois, la pharmacocinétique et la pharmacodynamie de la néostigmine administrée par voie épidurale et a essayé de caractériser la courbe dose-réponse en utilisant trois doses différentes : 0.5, 1 et 1.5 mg. Bien que les concentrations de la néostigmine dans le liquide céphalo-rachidien fussent très variables une relation inverse entre la consommation de mépéridine et la dose de néostigmine a été démontrée. La dose de 1.5 mg a donné une meilleure réponse pharmacodynamique sur la douleur, mais elle a été considérée comme dangereuse puisqu’elle a résulté en deux cas d’hypertension. Nous avons conclu que des doses plus faibles que 1.5 mg devront être utilisées lors de l’utilisation de la néostigmine par voie épidurale. En conclusion, les études rapportées dans cette thèse ont exploré les propriétés pharmacocinétiques et/ou pharmacodynamiques de certains médicaments utilisés pour le traitement de la douleur post-opératoire. Ceci mènera au but ultime qui est la meilleure prise en charge de la douleur post-opératoire chez les patients.