UPThèses

Introduction : Le manque de sommeil, un trouble fréquent dans nos modes de vie actuels, est de plus en plus étudié et ses effets sur l’organisme humain sont de mieux en mieux connus. Cependant, même si l’impact négatif de la privation de sommeil sur les capacités d’endurance face à l’exercice physique commencent à être établies, très peu d’études ont porté spécifiquement sur l’endurance des muscles inspiratoires. Celles l’ayant fait ont systématiquement mis en évidence une diminution de l’endurance inspiratoire après une privation expérimentale de sommeil. Le mécanisme de ce phénomène n’a pas été élucidé, même si récemment il a été observé des indices forts d’altération de la commande centrale, pouvant être à l’origine du déficit d’endurance inspiratoire lié à la privation de sommeil. Ces éléments ont des implications cliniques potentielles, notamment en réanimation où le sevrage de la ventilation assistée nécessite une endurance suffisante des muscles inspiratoires, alors que les patients concernés souffrent de privation de sommeil sévère. Objectifs : Explorer les mécanismes de l’impact de la privation de sommeil sur l’endurance inspiratoire, par deux approches : étudier les corrélats neurophysiologiques de la fatigue inspiratoire chez l’être humain et créer un modèle animal pour explorer la commande cérébrale lors l’une tâche d’endurance inspiratoire. Méthodes : Chez l’être humain, la variabilité de la fréquence cardiaque (HRV) a été mesurée comme reflet de l’activité du système nerveux autonome durant une tâche d’endurance inspiratoire, les hautes fréquences (HF) étant considérées comme reflétant l’activité parasympathique cardiaque et les basses fréquences (LF) l’activité sympathique. Chez le rat de laboratoire, il a été mis en place un modèle d’endurance inspiratoire par contrainte mécanique externe, appliquée sur rat vigile contraint dans un pléthysmographe, précédée d’une privation de sommeil automatisée, pour évaluer l’existence d’un effet d’une privation de sommeil sur l’endurance inspiratoire. Résultats : L’analyse de l’HRV chez l’être humain a permis de retrouver une absence d’augmentation de la puissance des HF lors de la tâche d’endurance inspiratoire chez les sujets en privation de sommeil par rapport à la condition de sommeil normal, la puissance des LF n’étant pas affectée. Le modèle mis en place chez le rat de laboratoire a permis d’obtenir une privation de sommeil satisfaisante, avec une diminution de moitié de l’efficience de sommeil. Lors de l’épreuve d’endurance inspiratoire, les rats en privation de sommeil ont atteint plus rapidement le critère d’arrêt déterminant une fatigue inspiratoire que les rats en condition de sommeil normal. Conclusion : Chez l’être humain, nos résultats indiquent que la privation de sommeil induit une absence d’adaptation du système nerveux parasympathique cardiaque à l’effort imposé par une contrainte inspiratoire, ce qui pourrait participer à la diminution d’endurance inspiratoire observée. Nous avons reproduit chez le rat de laboratoire l’effet de la privation de sommeil sur l’endurance inspiratoire obtenu chez l’être humain, ouvrant la voie à une exploration plus précise des mécanismes mis en jeu, en particulier celui d’un défaut de la commande ventilatoire cérébrale.

Première cause de baisse d'acuité visuelle dans les pays industrialisés, la dégénérescence maculaire liée l'âge (DMLA) est une pathologie de la rétine touchant principalement les personnes après 55 ans. Elle est caractérisée par une dégénérescence de la zone maculaire de la rétine et par la formation de drusens. Il existe deux formes de la maladie : la forme exsudative et la forme atrophique. Dans notre étude, nous nous sommes focalisés sur la DMLA atrophique, actuellement sans traitement curatif et qui correspond à environ 50% des cas cliniques en Europe. Malgré de nombreuses recherches, les causes de la DMLA restent encore mal comprises même si des facteurs environnementaux (sénescence, accumulation de lipofuscine, stress oxydatif) et génétiques sont probablement combinés. Selon l'hypothèse étiopathogénique, le dysfonctionnement des cellules de l'épithélium pigmenté de la rétine (EPR) est au centre des événements physiopathologiques de la DMLA. A partir de sujets sains et de patients atteints de la DMLA atrophique, nous avons obtenu des cellules de l'EPR dérivées de cellules souches pluripotentes induites et développé un modèle cellulaire humain utile pour la compréhension des mécanismes physiopathologiques de la DMLA. Ainsi, l'étude morphologique et fonctionnelle de ces deux populations de cellules a souligné un phénotype particulier des cellules de l'EPR provenant de patients atteints pas la DMLA en condition basale et en milieu pro-oxydant. Ce modèle cellulaire pourra nous permettre d'approfondir nos connaissances sur les mécanismes amenant au développement de la DMLA et pourra aussi être utilisé pour le screening des molécules au cours des étapes précliniques.

La colistine est un vieil antibiotique, utilisé à la fois en médecine humaine et vétérinaire. Cependant, l'arsenal antibiotique étant de plus en plus limité, la colistine apparait comme un des derniers remparts dans la lutte contre les bactéries multi-résistantes chez l'Homme. Afin de préserver l'efficacité de la colistine, deux problématiques ont été abordées dans cette thèse : (i) les risques de sélection de résistance à la colistine en lien avec la découverte fin 2015 d'un gène porté par un plasmide (mcr-1). Ainsi, l'impact de l'usage de colistine par voie orale en production porcine a été évalué in vivo et une absence de sélection a été observée dans nos conditions expérimentales. De façon similaire, l'usage (minoritaire) de colistine en médecine humaine comme prophylaxie de décontamination digestive sélective (SDD) a été étudié chez des rats hébergeant un microbiote intestinal humain. Les résultats préliminaires ne montrent pas non plus d'effet de sélection. (ii) le développement d'un modèle pharmacocinétique basé sur la physiologie (PBPK) chez le porc pour l'usage par voie systémique de la colistine et de sa prodrogue, le colistine méthanesulfonate (CMS). Ce modèle a permis d'explorer la distribution tissulaire du CMS et de la colistine, notamment au niveau rénal où la toxicité est la plus fréquente. Comme application de ce modèle, l'estimation des temps d'attente avant abattage lors d'usage de CMS chez le porc a été effectué. Enfin, la capacité des modèles PBPK à réaliser des extrapolations intra et inter-espèces a été utilisé pour adapter ce modèle chez l'adulte et l'enfant, afin de pouvoir prédire les concentrations plasmatiques de colistine lors d'un traitement.

Le psoriasis apparait aujourd’hui comme une pathologie systémique en lien avec le syndrome métabolique et son expression hépatique, la stéatopathie hépatique métabolique (SHM), soulevant la question d’un dialogue entre le foie et la peau au cours du psoriasis ; les phénomènes inflammatoires systémiques chez les patients psoriasiques pourraient induire une hépatite chronique d’évolution fibrosante, et inversement, la prévalence augmentée de la SHM au cours du psoriasis pourrait aggraver la sévérité de l’atteinte cutanée. Nous avons étudié l’impact d’une SHM pré-existante sur la dermatite psoriasiforme murine induite par l’application topique d’imiquimod (IMQ), un agoniste des récepteurs de type Toll 7 et 8. La présence d’une SHM est associée à une aggravation de la dermatite et nous montrons une production cutanée d’interleukine-17A permettant d’expliquer l’exacerbation de la dermatite secondairement induite. Dans le second travail, en parallèle d’une évaluation de la fibrose hépatique dans une cohorte de patients psoriasiques, nous avons étendu le traitement topique par IMQ à 9 semaines afin de reproduire la chronicité du psoriasis. Alors que la sévérité du psoriasis est associée à une augmentation de la fibrose hépatique chez certains patients, la dermatite chronique expérimentale évolue vers une hépatite péri-portale avec une activation des cellules stellaires hépatiques, à l’origine d’une fibrose hépatique débutante. En conclusion, nous démontrons l’interrelation entre le psoriasis et le système immun hépatique, ceci devant inciter les praticiens à intégrer le dépistage de la SHM et de la fibrose hépatique dans la prise en charge du psoriasis.

La lutte contre le tabagisme est un enjeu majeur de santé publique et s’articule autour de politiques de lutte anti-tabac ainsi que d’une prise en charge individuelle, allant du conseil minimal aux pharmacothérapies du sevrage tabagique. Cette prise en charge a une efficacité limité sur le long terme avec un fort taux de rechute et il persiste de fortes disparités quant au succès d’un sevrage selon la présence de comorbidités et la tolérance des symptômes liés au sevrage tabagique. L’enjeu actuel de la recherche est de développer de nouvelles approches thérapeutiques et d’enrichir les connaissances des facteurs de succès ou d’échec du sevrage tabagique afin de développer des approches personnalisées. C’est dans cette démarche que s’inscrit ce travail de thèse qui visait à identifier les leviers sur le plan thérapeutique et cognitif afin d’améliorer la prise en charge des fumeurs. La première partie était une approche thérapeutique du sevrage tabagique. Nous avons réalisé une revue systématique et méta-analyse dont l’objectif était d’identifier des candidats médicaments du sevrage tabagique agissant sur le système adrénergique qui intervient dans le développement d’un affect négatif lié à l’arrêt du tabac. Ce travail a identifié les effets de la clonidine, un alpha-2 agoniste, sur l’abstinence tabagique de 989 fumeurs ainsi que des alpha-1 bloquants prazosine et doxazosine sur la réduction de consommation de 319 patients alcooliques. Nous avons construit ensuite un projet d’essai clinique dont l’objectif est d’évaluer l’efficacité de la doxazosine, dans le sevrage tabagique. Dans un second temps, nous avons souhaité réévaluer les données sur l’efficacité de la cigarette électronique à la nicotine dans l’arrêt et la réduction du tabagisme en ciblant la durée de son effet. Notre méta-analyse montre une efficacité durable, jusqu’à 12 mois de suivi, de la cigarette électronique avec nicotine comparativement à un dispositif sans nicotine et aux substituts nicotiniques dans l’arrêt du tabac. La seconde partie de ce travail était une approche cognitive sur les facteurs de succès et d’échec du sevrage tabagique. Nous nous sommes intéressés au lien entre l’abstinence tabagique et certaines caractéristiques psychopathologiques à un an de suivi post-sevrage des participants à un essai clinique de sevrage tabagique. Deux études ont été réalisées: la première portant sur l’association entre les 5 dimensions de l’impulsivité et le sevrage tabagique et la seconde sur le développement de différentes maladies mentales lors de l’arrêt du tabac. Nos résultats suggèrent que 2 dimensions de l’impulsivité, l'urgence positive et négative, peuvent jouer un rôle dans la réussite du sevrage tabagique et que le développement de symptômes dépressifs et d’une consommation alcoolique lors de l’arrêt sont des facteurs péjoratifs d’abstinence. Dans un second temps, nous présentons les résultats d’une étude dont l’objectif était d’identifier des caractéristiques démographiques, sociales, psychiatriques et addictologiques chez 161 patients bipolaires ou unipolaires, inclus dans une base de données selon leur statut tabagique. Les patients fumeurs rentrent plus précocement dans la maladie psychiatrique et sont majoritairement bipolaires avec une maladie déséquilibrée. Nos recherches ont également identifié que les traitements du sevrage tabagique peuvent induire des insomnies ou parasomnies (rêves vifs, anormaux), facteurs de mauvaise observance. Nous avons réalisé une méta-analyse en réseau sur les troubles du sommeil induits par les traitements usuels du sevrage tabagique. Notre analyse sur 25 011 patients montre un profil plus favorable des substituts nicotiniques pour l'insomnie et du bupropion pour les parasomnies. L’ensemble des résultats de notre travail ont été confrontés aux données de la littérature afin de proposer des approches thérapeutiques nouvelles et ciblées dans le sevrage tabagique.

Le métabolisme énergétique est le principal facteur déterminant de la viabilité cellulaire. Les maladies présentent de nombreuses anomalies métaboliques et énergétiques. En effet, les cellules altérées proviennent de procédés exergoniques et émettent de la chaleur vers leur environnement proche. De nombreux processus irréversibles peuvent se produire en modifiant le taux de production d'entropie. Ce niveau représente une quantité thermodynamique qui mesure ces processus irréversibles. Le niveau d'entropie est augmenté par plusieurs anomalies métaboliques et thermodynamiques dans les tumeurs cérébrales, les processus inflammatoires et les maladies neurodégénératives. Les travaux de recherche de cette thèse ont démontré et mis en évidence l'existence d'une diaphonie entre la voie canonique WNT/beta-caténine et le PPAR gamma qui joue un rôle majeur dans la reprogrammation du métabolisme de l'énergie cellulaire entre la phosphorylation oxydative, la glycolyse aérobie et la glycolyse anaérobie, dont le point d'équilibre de cette diaphonie entre ces voies moléculaires varie selon les maladies. Ces maladies sont des structures dissipatives, qui échangent de l'énergie ou de la matière avec leur environnement. Ce sont des systèmes ouverts, loin de l'équilibre thermodynamique qui opèrent sous un régime non linéaire évoluant vers des états non stationnaires. La thermodynamique loin de l'équilibre est une notion axée sur les rythmes circadiens. En effet, les rythmes circadiens participent directement à la régulation de cette diaphonie étudiée. Celle-ci représente une cible innovante dans le cadre l'imagerie moléculaire pour le diagnostic positif et différentiel de ces maladies.

La pénurie d’organes est un problème majeur en transplantation, aussi, en France, depuis 2005 sont autorisés les prélèvements sur donneurs décédés après arrêt cardiaque (DDAC). Cependant, ces organes sont soumis à d’importantes lésions d’ischémie reperfusion, en particulier liés à la coagulation induite par la stase. La formation de microthrombi entraîne à la reperfusion un défaut d’irrigation qui aboutit à la mort celullaire. Parallèlement, l’endothélium rénal amplifie la coagulation par l’expression du facteur tissulaire. Ce processus engendre une synthèse accrue de molécules pro-inflammatoires via les PAR (Protease-Activated-Receptors) activés par les facteurs IIa et Xa. Dans le cadre de ce travail, nous avons évalué in vivo, dans un modèle porcin d’autotransplantation rénale, l’effet de deux molécules anticoagulantes de synthèse, l’une anti-Xa et l’autre combinant un effet anti-Xa et IIa. Le modèle préclinique était composé d’une période d’ischémie chaude suivie d’une conservation de 24h à 4°C en UW, modèle sévère mimant les lésions observées chez le DDAC. L’utilisation de ces anticoagulants en périconservation, a permis de réduire les lésions de fibrose et le l’inflammation responsables de la perte de greffon rénal à long terme. In vitro, les effets bénéfiques de la molécule anti-Xa+IIa, seraient dus à une limitation de l’activation endothéliale et une réduction de l’inflammation. En conclusion, l’ajout de ces anticoagulants durant la conservation des greffons a montré un bénéfice sur la reprise de fonction et sur la réduction des dysfonctions chroniques des greffons.

Les lésions d'ischémie reperfusion (IR) sont indissociables de la transplantation et leur sévérité impacte sur le devenir du greffon. Les mécanismes physiopathologiques de ces lésions restent méconnus. Les molécules HMGB1 et IL-33 sont des alarmines, capables d'initier la réponse inflammatoire et pourraient être de potentiels biomarqueurs de l'IR. Le porc est un modèle pertinent d'IR. Les cellules iNKT étant une composante de l'immunité innée impliquée dans l'IR, nous avons d'abord identifié et caractérisé ces cellules dans le sang périphérique du porc puis montré qu'elles étaient ciblées par l'IL-33. Nous avons ensuite cherché à déterminer le rôle des alarmines après IR en transplantation rénale chez l'homme. Les excrétions urinaires d'HMGB1 et d'IL-33 sont augmentées précocement après la reperfusion et les taux urinaires et sériques d'IL-33 sont corrélés avec la durée d'ischémie froide. In vitro, les cellules veineuses ombilicales humaines soumises à une séquence d'hypoxie libèrent de l'HMGB1 et de l'IL-33, alors que seule cette dernière est produite durant la phase de réoxygénation. De plus, nous avons montré que les leucocytes périphériques des receveurs étaient ciblés par HMGB1 et IL-33, comme en témoigne l'augmentation des transcrits de leurs récepteurs. Nous avons enfin mis en évidence que les cellules iNKT, ciblées par l'IL-33 mais pas par HMGB1, étaient activées une heure après transplantation. Ces résultats confortent l'hypothèse d'un rôle de l'IL-33 en tant que médiateur de la réponse immunitaire innée au cours de l'IR rénale chez l'homme.

La lactation permet l’apport de nutriments et de cellules immunitaires essentielles au nouveau-né. Elle entraîne également le passage de xénobiotiques, tels que des médicaments ou des polluants de l’environnement, dans le lait. Bien que le passage des xénobiotiques dans le lait soit connu, aussi bien en médecine humaine (monitoring des femmes allaitantes) qu’en médecine vétérinaire (étude des résidus et du temps d’attente), ce phénomène complexe est peu étudié. Les travaux de la thèse se sont focalisés sur une étude cinétique comparative d’antibiotiques dans le lait de trois espèces animales de production (vache, chèvre, brebis). Quatre antibiotiques (spiramycine, oxytétracycline, marbofloxacine et amoxicilline) ont été sélectionnés en raison de leurs caractéristiques physico-chimiques et propriétés pharmacocinétiques distinctes, représentant ainsi un panel de différents profils cinétiques dans le lait. L’objectif de la thèse était d’étudier le passage de ces différentes molécules dans le lait de trois espèces animales. Pour répondre à cet objectif, la thèse s’est déroulée en trois grandes étapes : (i) La génération de nouvelles données expérimentales. Pour cela, chaque antibiotique a été administré par voie intramusculaire aux trois espèces et des prélèvements sanguins et laitiers individuels ont été réalisés pendant plusieurs jours suivant l’administration. (ii) Le développement et la validation de méthodes analytiques spécifiques à chaque antibiotique et chaque matrice (plasma et lait), suivi du dosage des prélèvements. L’utilisation de l’approche globale, basée sur le profil d’exactitude, a été illustrée en prenant l’exemple de la spiramycine. Grâce à cette approche, une seule et unique méthode de dosage a été développée pour le dosage de la spiramycine et de son métabolite actif dans le lait des vaches, chèvres et brebis, permettant ainsi de simplifier et d’accélérer les dosages en routine dans les trois laits. (iii) Le développement d’un modèle pharmacocinétique basé sur la physiologie (PBPK) générique pour décrire le passage de molécules dans le lait d’animaux de production. Une revue approfondie de la littérature a permis de regrouper les connaissances sur la physiologie des trois espèces animales, la sécrétion et la composition du lait ainsi que sur les données physico-chimiques et pharmacocinétiques des quatre molécules, nécessaires pour la construction du modèle. Des expérimentations in vitro sur la diffusion des molécules à travers une membrane physiologique ont été réalisées en collaboration avec l’Université d’Utrecht afin de renseigner les paramètres de perméabilité membranaire. Enfin, le modèle PBPK a été appliqué à la cinétique de l’oxytétracycline dans le lait de vache et de chèvre et a permis d’explorer la distribution de l’antibiotique dans la glande mammaire et le lait, son état d’ionisation ainsi que sa fixation aux composants du tissu et du lait et sa répartition entre la matière grasse et la phase aqueuse du lait. Des analyses non compartimentales ont été réalisées sur les trois autres antibiotiques, permettant de comparer leur excrétion dans le lait des trois espèces, en fonction de leur lipophilie, leur ionisation et leurs caractéristiques pharmacocinétiques plasmatiques. Ainsi, au-delà de l’évaluation du passage de ces quatre antibiotiques dans le lait, ce projet a pour ambition, grâce au modèle PBPK générique, d’aider à prédire la pharmacocinétique des xénobiotiques dans le lait des animaux, voire même des femmes allaitantes.

L’expression de facteurs de transcription (FT), aux rôles clés dans l’embryogénèse, semble être une caractéristique importante des gliomes et particulièrement des glioblastomes (GBM). Le FT MEOX2 n’a jamais été étudié dans les gliomes/glioblastomes et encore moins dans les cellules souches de glioblastomes (CSG) bien que ces dernières soient au cœur du caractère récidivant des gliomes. Les objectifs de mon travail de thèse étaient d’explorer les bases de données publiques pour trouver un ou plusieurs FT clés impliqués dans la survie des patients porteurs d’un gliome, pour ensuite confirmer l’impact diagnostique et pronostique du FT trouvé, MEOX2, à partir d’une cohorte locale. Le rôle de ce FT a ensuite été étudié dans les cellules souches de GBM. Parmi les gènes différentiellement exprimés entre les gliomes de grade II ou III mutés IDH1/2 et codélétés 1p/19q, ou mutés IDH1/2 non-codélétés, ou IDH1/2 sauvages, et les GBM IDH sauvages, MEOX2 était un FT négativement corrélé à la survie globale et à la survie sans progression. L’étude des bases de données publiques, et d’une cohorte interne de 112 gliomes a permis de montrer que MEOX2 était enrichi dans les gliomes les plus agressifs (GBM et gliomes de grade II ou III IDH sauvage) et était associé au statut IDH sauvage, indépendamment du statut de codélétion 1p19q. Son expression serait sous la dépendance de son nombre de copie chromosomique et de l’état de méthylation de son promoteur. L’analyse des courbes de survie a montré que la forte expression de MEOX2 était associée à un mauvais pronostic pour les patients. Concernant son rôle biologique, l’expression de MEOX2 était nucléaire et hétérogène entre les CSG. MEOX2 avait un effet anti-prolifératif via la voie des MAPK et sa perte d’expression corrélait avec la différenciation des CSG et l’acquisition de caractéristiques du lignage neuronal. L’inhibition de MEOX2 régulait un réseau de gènes restreint comprenant la cadhérine CDH10. Plus particulièrement, l’inhibition de MEOX2 corrélait avec une augmentation d’un acteur de la voie des cadhérines, CDH10, et avec une diminution de plusieurs acteurs de la voie des intégrines. MEOX2 est encore un acteur très peu connu et étudié dans la carcinogénèse et notre travail apporte une contribution à la compréhension de son rôle dans les gliomes et dans les CSG.