Protection du myocarde ischémique et pore géant mitochondrial : applications pharmacologiques

par Rana Assaly

Thèse de doctorat en Pharmacologie Expérimentale et Clinique

Sous la direction de Alain Berdeaux.

Le président du jury était Alain Gardier.

Le jury était composé de Catherine Brenner-Jan, Alexandra d' Anglemont de Tassigny, Didier Morin.

Les rapporteurs étaient Luc Rochette, René Ferrera.


  • Résumé

    La maladie coronaire d’origine ischémique reste l’une des principales causes de mortalité dans le monde industrialisé.Le traitement de l’ischémie aiguë du myocarde est entré dans une nouvelle ère où la mortalité peut être diminuée de moitié en utilisant des procédures qui permettent un retour rapide du débit sanguin dans la zone ischémique du myocarde: la revascularisation.Cette reperfusion entraîne des complications appelées lésions de la reperfusion qui ont été décrites pour la 1ère fois par Jennings et al., en 1960. Le développement de stratégies cardioprotectrices associées à la reperfusion constitue un besoin majeur en clinique afin d’améliorer la fonction myocardique, de diminuer l'incidence des arythmies, de retarder l'apparition de la mort cardiomyocytaire et de limiter la taille de l’infarctus du myocarde lors de l'ischémie/reperfusion (I/R).La découverte de 2 formes principales de mécanismes cardioprotecteurs endogènes, a encouragé la recherche de nouveaux moyens pharmacologiques capables de protéger le myocarde ischémié/reperfusé et a développé nos connaissances sur les bases moléculaires des lésions et de la survie cellulaire au cours des processus d’I/R.L’étude des mécanismes responsables de l’induction de la mort cellulaire a permis de mettre en évidence le rôle joué par la mitochondrie et l’augmentation de la perméabilité de ses membranes, induite par la formation/ouverture d’un pore au niveau des points de contacts entre les membranes mitochondriales;ce pore a été appelé « pore de transition de la perméabilité mitochondriale » (mPTP).L’inhibition de l’ouverture de ce pore apparaît comme une stratégie privilégiée pour protéger le myocarde.Des études ont montré que les espèces réactives d’oxygène (EROs) jouent un rôle majeur dans les lésions de l’I/R et dans l’ouverture du mPTP.Il existe peu d’informations claires sur le seuil et la période de production (ischémie et/ou reperfusion) des EROs qui conduisent à l’ouverture du mPTP.Nous avons mis au point un modèle cellulaire d’hypoxie/réoxygénation (H/R) afin d’établir une relation causale entre la production d’EROs, l’ouverture du mPTP et la mort cellulaire tout en explorant le rôle de différents types d’EROs.Ce modèle d’H/R nous a permis de mesurer en temps réel et simultanément la production des EROs, l’ouverture du mPTP et la mort cellulaire.Nous avons montré que la production des EROs débute pendant la période d’hypoxie et qu’elle est directement liée à l’augmentation du temps d’hypoxie.Cette production d’EROs à l’hypoxie, plus particulièrement de radicaux hydroxyles et de peroxyde d’hydrogène, a été directement relié, à l’ouverture du mPTP et à la mort cellulaire lors de l’H/R.Nous avons utilisé ce modèle pour étudier le mécanisme d’action de deux stratégies pharmacologiques cardioprotectrices, un nouveau ligand de la protéine translocatrice mitochondriale (TSPO), le TRO 40303, et l’activation de la voie RISK par la morphine. Nous avons ainsi montré que (1) les propriétés cardioprotectrices du TRO40303 sont associées à une inhibition de l’ouverture du mPTP, ce qui n’avait pas pu être démontré au moyen d’expériences réalisées ex vivo et (2) l’activation de la voie RISK par la morphine, qui aboutit à une limitation de la taille d’infarctus associée à une amélioration des fonctions respiratoires mitochondriales, entraîne également une inhibition de l’ouverture du mPTP et un retard de la mort cellulaire des cardiomyocytes isolés soumis à une H/R.La suite de ce travail sera de rechercher si l’inhibition du stress oxydant peut constituer un mécanisme commun aux deux stratégies pharmacologiques cardioprotectrices en utilisant notre modèle d’H/R.Il serait possible d’étendre notre modèle à des animaux génétiquement modifiés pour appréhender les phénomènes impliqués dans cette activité antioxydante.A plus long terme, il sera nécessaire d’approfondir nos connaissances sur la production d’EROs pendant l’I/R en recherchant plus spécifiquement l’origine de cette production.

  • Titre traduit

    Ischemic myocardial protection and mitochondrial permeability transition pore : pharmacological applications


  • Résumé

    Ischemic coronary artery disease remains one of the main causes of mortality in the industrialized countries. The treatment of acute myocardial ischemia entered a new era where mortality can be reduced by 50% using revascularization procedures that allow a rapid return of blood flow to the ischemic area. However, this reperfusion leads to complications known as lethal reperfusion induced injury that have been described for the first time by Jennings et al., in 1960. It became crucial to develop cardioprotective strategies in combination with early reperfusion in order to improve myocardial function, to reduce the incidence of arrhythmias, to delay the onset of cardiomyocytes death and to limit the extension of infarct size following reperfusion. The discovery of two major forms of endogenous cardioprotective mechanisms, which consist of the realization of short cycles of ischemia/reperfusion (I/R) prior to a long period of ischemia (ischemic preconditioning) or before reperfusion after the long period of ischemia (Ischemic Postconditioning), encouraged the search for new pharmacological tools to protect the ischemic myocardium to develop our knowledge on the molecular mechanisms of lethal reperfusion injury and cell survival in the I/R process.The study of cell death mechanisms has highlighted the crucial role of the mitochondria and more specifically the increase in mitochondrial membrane permeability following I/R.One reason for increasing permeability is the formation/opening of a pore at mitochondrial membranes contact sites at reperfusion.This pore has been called "the mitochondrial permeability transition pore" (mPTP). Inhibition of this pore opening has been presented as a main strategy to protect the myocardium.Many studies have shown that reactive oxygen species (ROS) play a major role in I/R injury and mPTP opening, but there is very few information to date about the threshold and the period of ROS production (ischemia and/or reperfusion) that lead to mPTP opening.We designed a cellular model of hypoxia/reoxygenation (H/R) to establish a causal relationship between ROS production, mPTP opening and cell death while exploring the role of different types of ROS.This H/R model used freshly isolated adult rat cardiomyocytes and allowed us to measure online and simultaneously ROS production, mPTP opening and cell death. We have demonstrated that ROS production starts during the period of hypoxia and thisproduction is directly linked to the increase in the duration of hypoxia.This ROS production during hypoxia has been, for the first time, directly related to mPTP opening and cell death following H/R.We used this model to study the mechanism of action of two cardioprotective strategies, a new ligand of the mitochondrial translocator protein (TSPO), TRO 40303 and a RISK (Reperfusion Injury Salvage Kinase) pathway activator, morphine. We have shown that (1) the cardioprotective properties of TRO40303 were associated with inhibition of mPTP opening, a mechanism that could not be demonstrated using ex vivo experiments and (2) morphine that provoked infarct size limitation associated with an improvement of mitochondrial respiratory functions through RISK pathway activation, also inhibited mPTP opening and delayed cell death of isolated cardiomyocytes subjected to H/R.Finally, a question comes into sight whether the inhibition of oxidative stress may be a common mechanism to both cardioprotective pharmacological strategies that we have described using our H/R model. To do this, it would be possible to extend our model to genetically modified animals specifically adapted to understand the phenomena involved in antioxidant activity.On long-term, it will be necessary to develop our knowledge on ROS production during I/R by looking for the origin of this production, more precisely the role of the mitochondria and the effect of other reactive species in order to target the treatment and to develop new cardioprotective strategies.

Accéder en ligne

Par respect de la propriété intellectuelle des ayants droit, certains éléments de cette thèse ont été retirés.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud 11. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.