Relation entre CaMKII et les dynamiques calciques endothéliales : impact de l'hypertension arterielle.

L’endothélium vasculaire joue un rôle prépondérant dans la régulation du tonus vasculaire en générant l’oxyde nitrique (NO), la prostacycline (PGI2) et les facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) comme puissants vasodilatateurs. Ces mécanismes requièrent le calcium (Ca2+) à divers niveaux, démontrant l’importance des dynamiques calciques endothéliales. Une perturbation de l’homéostasie calcique est observée dans une dysfonction endothéliale liée à l’hypertension artérielle. Il est impératif d’approfondir nos connaissances sur les signalisations calciques endothéliales impliquées dans le contrôle du tonus vasculaire. Des études récentes ont montré qu’une variation locale de la concentration en Ca2+ libre intracellulaire ([Ca2+]i) est suffisante pour générer une réponse physiologique importante. Les pulsars calciques sont caractérisés par une augmentation de [Ca2+]i spontanée et transitoire spécifiquement localisée au niveau des projections myoendothéliales (PMEs). Ces PMEs sont des sites de communication privilégiés entre les cellules endothéliales (CEs) et les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Les pulsars calciques sont impliqués dans le mécanisme de l’EDHF via l’activation des canaux potassiques Ca2+-dépendant de moyenne conductance (KCa3.1 ou IKCa). Les travaux de cette thèse visent à améliorer nos connaissances sur les signalisations calciques locales en caractérisant une nouvelle voie de signalisation pouvant être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Outre les canaux KCa3.1 peu d’informations sont disponibles sur les cibles sensibles aux pulsars calciques. Une première étude a permis d’identifier la protéine kinase II dépendante du complexe Ca2+/calmoduline (CaMKII) sous ses isoformes α, β et δ dans les CEs d’artères natives de souris comme une cible pouvant être modulée par les pulsars calciques. Des études en immunofluorescence ont permis d’observer la localisation particulière de CaMKII endothéliale dans les PMEs, les sites des pulsars calciques. Une stimulation spécifique des pulsars calciques par la phényléphrine (PE) engendre un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Sachant que CaMKII active l’oxyde nitrique synthase endothéliale (NOS3), nous avons évalué l’impact d’une stimulation des pulsars calciques sur la production de NO en présence d’un inhibiteur de CaMKII, le KN-93. Nous avons démontré que la production de NO est en partie dépendante de l’activation de CaMKII par les pulsars calciques. En utilisant un modèle d’hypertension induite par l’infusion chronique de PE, nous avons permis de mettre en évidence une perturbation dans la relation entre les pulsars calciques et CaMKII. Dans une seconde étude nous avons établi deux modèles (normo- et hypertendus) d’infusion chronique à l’angiotensine II (AngII) afin évaluer l’impact des ROS et de l’hypertension sur la voie de signalisation pulsars/CaMKII/NO. Nos résultats ont montré une augmentation des pulsars calciques accompagnée d’un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Une stimulation aigue à l’AngII suggère que les ROS modulent les dynamiques calciques et que l’AngII stimule la production de NO. Cette étude propose que ces voies de signalisations impliquent les récepteurs de type 1 et 2 à l’AngII (AT1 et AT2). L’étude des pulsars calciques dépend fortement de la structure native des artères qui permet de conserver la formation des PMEs. La dernière étude présentée dans cette thèse a permis d’établir une relation entre les PMEs et les pulsars calciques dans trois lits vasculaires distincts (artères mésentériques, pulmonaires et coronariennes). Nos résultats ont montré que les paramètres cinétiques des pulsars calciques sont fortement conservés entre les différents lits vasculaires. Toutefois, la fréquence globale ainsi que le nombre de sites actifs des pulsars calciques diffèrent avec une proportion plus élevée dans les artères mésentériques et coronariennes comparativement aux artères pulmonaires. Ces résultats corrèlent avec le nombre plus élevé de PMEs retrouvé dans les artères mésentériques et coronariennes. Ces travaux suggèrent que les pulsars calciques sont fondamentaux pour les artères de résistance. Les études de cette thèse ont mené à l’identification d’une nouvelle voie de signalisation impliquant les pulsars calciques et CaMKII endothéliale dans la stimulation de la production de NO. Cette nouvelle voie de signalisation pourrait être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Les pulsars calciques semblent être fortement conservés entre les différentes artères de résistances et ce malgré la disparité dans les PMEs, suggérant un rôle prépondérant dans la fonction vasculaire. Ces travaux ouvrent une avenue pour le développement de potentielles cibles thérapeutiques pouvant contrer la dysfonction endothéliale associée à l’hypertension artérielle.

Activité électrique et courants calciques cardiaques chez des souris transgéniques déficientes en récepteurs aux oestrogènes alpha et bêta

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L’effet de la surexpression du récepteur de type 1 à l’angiotensine II sur les courants potassiques et calciques au niveau des oreillettes

Le système rénine-angiotensine est impliqué dans le remodelage structurel et électrique caractérisant la fibrillation auriculaire (FA). L’angiotensine II (ANG II) induit le développement de fibrose et d’hypertrophie au niveau des oreillettes, prédisposant à la FA. Or, les mécanismes électrophysiologiques par lesquels l’ANG II pourrait promouvoir la FA sont peu connus. L’objectif de ce projet de recherche est d’évaluer l’effet de l’ANG II sur les courants potassiques et calciques au niveau auriculaire indépendamment du remodelage structurel. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique de patch-clamp avec un modèle de souris surexprimant le récepteur de type 1 à l’angiotensine II (AT1R) spécifiquement au niveau cardiaque. Pour distinguer les effets directs de la surexpression d’AT1R des effets induits par le remodelage cardiaque, nous avons étudié des souris âgées de 180 jours, qui présentent du remodelage structurel, et des souris âgées de 50 jours, qui n’en présentent pas. Des études précédentes sur ce modèle ont montré qu’au niveau des myocytes ventriculaires, l’ANG II réduit le courant potassique global (Ipeak) et rectifiant entrant (IK1) ainsi que le courant calcique de type L (ICaL). Ainsi, notre hypothèse est que l’ANG II modulera aussi ces courants au niveau auriculaire, pouvant ainsi augmenter l’hétérogénéité de repolarisation auriculaire et de ce fait le risque de développer et maintenir la FA. Nous avons observé une diminution significative de la densité d’IK1 dans l’oreillette gauche des souris transgéniques sans changement d’Ipeak. De plus, la densité d’ ICaL n’est pas réduite chez les souris transgéniques âgées de 50 jours. En conclusion, l’effet de l’ANG II sur les courants potassiques et calciques semble dépendre de la chambre cardiaque. En effet, nous savions que l’ANGII réduisait Ipeak, IK1 et ICaL au niveau ventriculaire, mais nos résultats ont montré qu’il ne les affectait pas directement au niveau des oreillettes. Ceci suggère des mécanismes de régulation impliquant des voies de signalisation distinctes selon les chambres cardiaques. Enfin, nos résultats montrant l’absence de l’influence directe de la surexpression d’AT1R sur les canaux K+ et Ca2+ au niveau des myocytes auriculaires renforcent l’importance d’approfondir nos connaissances sur les effets de l’angiotensine II sur le développement de la fibrose, sur le remodelage structurel et sur la conduction électrique cardiaque.

Modifications post-traductionnelles des canaux calciques cardiaques de type L : identification des résidus asparagine qui participent à la glycosylation de la sous-unité auxiliaire CaVα2δ1

Les canaux calciques de type L CaV1.2 sont principalement responsables de l’entrée des ions calcium pendant la phase plateau du potentiel d’action des cardiomyocytes ventriculaires. Cet influx calcique est requis pour initier la contraction du muscle cardiaque. Le canal CaV1.2 est un complexe oligomérique qui est composé de la sous-unité principale CaVα1 et des sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. CaVβ joue un rôle déterminant dans l’adressage membranaire de la sous-unité CaVα1. CaVα2δ1 stabilise l’état ouvert du canal mais le mécanisme moléculaire responsable de cette modulation n’a pas été encore identifié. Nous avons récemment montré que cette modulation requiert une expression membranaire significative de CaVα2δ1 (Bourdin et al. 2015). CaVα2δ1 est une glycoprotéine qui possède 16 sites potentiels de glycosylation de type N. Nous avons donc évalué le rôle de la glycosylation de type-N dans l’adressage membranaire et la stabilité de CaVα2δ1. Nous avons d’abord confirmé que la protéine CaVα2δ1 recombinante, telle la protéine endogène, est significativement glycosylée puisque le traitement à la PNGase F se traduit par une diminution de 50 kDa de sa masse moléculaire, ce qui est compatible avec la présence de 16 sites Asn. Il s’est avéré par ailleurs que la mutation simultanée de 6/16 sites (6xNQ) est suffisante pour 1) réduire significativement la densité de surface de! CaVα2δ1 telle que mesurée par cytométrie en flux et par imagerie confocale 2) accélérer les cinétiques de dégradation telle qu’estimée après arrêt de la synthèse protéique et 3) diminuer la modulation fonctionnelle des courants générés par CaV1.2 telle qu’évaluée par la méthode du « patch-clamp ». Les effets les plus importants ont toutefois été obtenus avec les mutants N663Q, et les doubles mutants N348Q/N468Q, N348Q/N812Q, N468Q/N812Q. Ensemble, ces résultats montrent que Asn663 et à un moindre degré Asn348, Asn468 et Asn812 contribuent à la biogenèse et la stabilité de CaVα2δ1 et confirment que la glycosylation de type N de CaVα2δ1 est nécessaire à la fonction du canal calcique cardiaque de type L.

Are the magnetic fields of millisecond pulsars similar to 10(8) G?

It is generally assumed that the magnetic fields of millisecond pulsars (MSPs) are similar to 10(8) G. We argue that this may not be true and the fields may be appreciably greater. We present six evidences for this: (1) The similar to 10(8)G field estimate is based on magnetic dipole emission losses which is shown to be questionable; (2) The MSPs in low mass X-ray binaries (LMXBs) are claimed to have < 10(11) G on the basis of a Rayleygh-Taylor instability accretion argument. We show that the accretion argument is questionable and the upper limit 10(11) G may be much higher; (3) Low magnetic field neutron stars have difficulty being produced in LMXBs; (4) MSPs may still be accreting indicating a much higher magnetic field; (5) The data that predict similar to 10(8) G for MSPs also predict ages on the order of, and greater than, ten billion years, which is much greater than normal pulsars. If the predicted ages are wrong, most likely the predicted similar to 10(8) G fields of MSPs are wrong; (6) When magnetic fields are measured directly with cyclotron lines in X-ray binaries, fields a parts per thousand << 10(8) G are indicated. Other scenarios should be investigated. One such scenario is the following. Over 85% of MSPs are confirmed members of a binary. It is possible that all MSPs are in large separation binaries having magnetic fields > 10(8) G with their magnetic dipole emission being balanced by low level accretion from their companions.

Narrow-band search of continuous gravitational-wave signals from Crab and Vela pulsars in Virgo VSR4 data

In this paper we present the results of a coherent narrow-band search for continuous gravitational-wave signals from the Crab and Vela pulsars conducted on Virgo VSR4 data. In order to take into account a possible small mismatch between the gravitational-wave frequency and two times the star rotation frequency, inferred from measurement of the electromagnetic pulse rate, a range of 0.02 Hz around two times the star rotational frequency has been searched for both the pulsars. No evidence for a signal has been found and 95% confidence level upper limits have been computed assuming both that polarization parameters are completely unknown and that they are known with some uncertainty, as derived from x-ray observations of the pulsar wind torii. For Vela the upper limits are comparable to the spin-down limit, computed assuming that all the observed spin-down is due to the emission of gravitational waves. For Crab the upper limits are about a factor of 2 below the spin-down limit, and represent a significant improvement with respect to past analysis. This is the first time the spin-down limit is significantly overcome in a narrow-band search.

EVOLUTIONARY TRAJECTORIES OF ULTRACOMPACT "BLACK WIDOW" PULSARS WITH VERY LOW MASS COMPANIONS

The existence of millisecond pulsars with planet-mass companions in close orbits is challenging from the stellar evolution point of view. We calculate in detail the evolution of binary systems self-consistently, including mass transfer, evaporation, and irradiation of the donor by X-ray feedback, demonstrating the existence of a new evolutionary path leading to short periods and compact donors as required by the observations of PSR J1719-1438. We also point out the alternative of an exotic nature of the companion planet-mass star.

Cosmic-Lab: Optical companions to binary Millisecond Pulsars

Millisecond Pulsars (MSPs) are fast rotating, highly magnetized neutron stars. According to the "canonical recycling scenario", MSPs form in binary systems containing a neutron star which is spun up through mass accretion from the evolving companion. Therefore, the final stage consists of a binary made of a MSP and the core of the deeply peeled companion. In the last years, however an increasing number of systems deviating from these expectations has been discovered, thus strongly indicating that our understanding of MSPs is far to be complete. The identification of the optical companions to binary MSPs is crucial to constrain the formation and evolution of these objects. In dense environments such as Globular Clusters (GCs), it also allows us to get insights on the cluster internal dynamics. By using deep photometric data, acquired both from space and ground-based telescopes, we identified 5 new companions to MSPs. Three of them being located in GCs and two in the Galactic Field. The three new identifications in GCs increased by 50% the number of such objects known before this Thesis. They all are non-degenerate stars, at odds with the expectations of the "canonical recycling scenario". These results therefore suggest either that transitory phases should also be taken into account, or that dynamical processes, as exchange interactions, play a crucial role in the evolution of MSPs. We also performed a spectroscopic follow-up of the companion to PSRJ1740-5340A in the GC NGC 6397, confirming that it is a deeply peeled star descending from a ~0.8Msun progenitor. This nicely confirms the theoretical expectations about the formation and evolution of MSPs.

A highly resistive layer within the crust of X-ray pulsars limits their spin periods

The lack of isolated X-ray pulsars with spin periods longer than 12 s raises the question of where the population of evolved high-magnetic-field neutron stars has gone. Unlike canonical radiopulsars, X-ray pulsars are not subject to physical limits to the emission mechanism nor observational biases against the detection of sources with longer periods. Here we show that a highly resistive layer in the innermost part of the crust of neutron stars naturally limits the spin period to a maximum value of about 10–20 s. This highly resistive layer is expected if the inner crust is amorphous and heterogeneous in nuclear charge, possibly owing to the existence of a nuclear ‘pasta’ phase. Our findings suggest that the maximum period of isolated X-ray pulsars may be the first observational evidence for an amorphous inner crust, whose properties can be further constrained by future X-ray timing missions combined with more detailed models.

Population synthesis of isolated neutron stars with magneto-rotational evolution – II. From radio-pulsars to magnetars

Population synthesis studies constitute a powerful method to reconstruct the birth distribution of periods and magnetic fields of the pulsar population. When this method is applied to populations in different wavelengths, it can break the degeneracy in the inferred properties of initial distributions that arises from single-band studies. In this context, we extend previous works to include X-ray thermal emitting pulsars within the same evolutionary model as radio-pulsars. We find that the cumulative distribution of the number of X-ray pulsars can be well reproduced by several models that, simultaneously, reproduce the characteristics of the radio-pulsar distribution. However, even considering the most favourable magneto-thermal evolution models with fast field decay, lognormal distributions of the initial magnetic field overpredict the number of visible sources with periods longer than 12 s. We then show that the problem can be solved with different distributions of magnetic field, such as a truncated lognormal distribution, or a binormal distribution with two distinct populations. We use the observational lack of isolated neutron stars (NSs) with spin periods P > 12 s to establish an upper limit to the fraction of magnetars born with B > 1015 G (less than 1 per cent). As future detections keep increasing the magnetar and high-B pulsar statistics, our approach can be used to establish a severe constraint on the maximum magnetic field at birth of NSs.

Are pulsars born with a hidden magnetic field?

The observation of several neutron stars in the centre of supernova remnants and with significantly lower values of the dipolar magnetic field than the average radio-pulsar population has motivated a lively debate about their formation and origin, with controversial interpretations. A possible explanation requires the slow rotation of the protoneutron star at birth, which is unable to amplify its magnetic field to typical pulsar levels. An alternative possibility, the hidden magnetic field scenario, considers the accretion of the fallback of the supernova debris on to the neutron star as responsible for the submergence (or screening) of the field and its apparently low value. In this paper, we study under which conditions the magnetic field of a neutron star can be buried into the crust due to an accreting, conducting fluid. For this purpose, we consider a spherically symmetric calculation in general relativity to estimate the balance between the incoming accretion flow and the magnetosphere. Our study analyses several models with different specific entropy, composition, and neutron star masses. The main conclusion of our work is that typical magnetic fields of a few times 1012 G can be buried by accreting only 10−3–10−2 M⊙, a relatively modest amount of mass. In view of this result, the central compact object scenario should not be considered unusual, and we predict that anomalously weak magnetic fields should be common in very young (< few kyr) neutron stars.

Modifications post-traductionnelles des canaux calciques cardiaques de type L : identification des résidus asparagine qui participent à la glycosylation de la sous-unité auxiliaire CaVα2δ1

Les canaux calciques de type L CaV1.2 sont principalement responsables de l’entrée des ions calcium pendant la phase plateau du potentiel d’action des cardiomyocytes ventriculaires. Cet influx calcique est requis pour initier la contraction du muscle cardiaque. Le canal CaV1.2 est un complexe oligomérique qui est composé de la sous-unité principale CaVα1 et des sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. CaVβ joue un rôle déterminant dans l’adressage membranaire de la sous-unité CaVα1. CaVα2δ1 stabilise l’état ouvert du canal mais le mécanisme moléculaire responsable de cette modulation n’a pas été encore identifié. Nous avons récemment montré que cette modulation requiert une expression membranaire significative de CaVα2δ1 (Bourdin et al. 2015). CaVα2δ1 est une glycoprotéine qui possède 16 sites potentiels de glycosylation de type N. Nous avons donc évalué le rôle de la glycosylation de type-N dans l’adressage membranaire et la stabilité de CaVα2δ1. Nous avons d’abord confirmé que la protéine CaVα2δ1 recombinante, telle la protéine endogène, est significativement glycosylée puisque le traitement à la PNGase F se traduit par une diminution de 50 kDa de sa masse moléculaire, ce qui est compatible avec la présence de 16 sites Asn. Il s’est avéré par ailleurs que la mutation simultanée de 6/16 sites (6xNQ) est suffisante pour 1) réduire significativement la densité de surface de! CaVα2δ1 telle que mesurée par cytométrie en flux et par imagerie confocale 2) accélérer les cinétiques de dégradation telle qu’estimée après arrêt de la synthèse protéique et 3) diminuer la modulation fonctionnelle des courants générés par CaV1.2 telle qu’évaluée par la méthode du « patch-clamp ». Les effets les plus importants ont toutefois été obtenus avec les mutants N663Q, et les doubles mutants N348Q/N468Q, N348Q/N812Q, N468Q/N812Q. Ensemble, ces résultats montrent que Asn663 et à un moindre degré Asn348, Asn468 et Asn812 contribuent à la biogenèse et la stabilité de CaVα2δ1 et confirment que la glycosylation de type N de CaVα2δ1 est nécessaire à la fonction du canal calcique cardiaque de type L.

Contribution des réserves calciques présynaptiques et gliales dans la modulation de la transmission synaptique à la jonction neuromusculaire de la grenouille Rana pipiens

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Contribution des réserves calciques présynaptiques et gliales dans la modulation de la transmission synaptique à la jonction neuromusculaire de la grenouille Rana pipiens

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.