Chaîne respiratoire et pore de transition de perméabilité mitochondriale dans la cardioprotection, Respiratory chain and mitochondrial permeability transition pore in cardioprotection

De
Publié par

Sous la direction de Abdallah Gharib
Thèse soutenue le 14 décembre 2009: Lyon 1
Le pore de transition de perméabilité mitochondriale (PTPm) joue un rôle majeur dans la mort cellulaire et dans la cardioprotection. Notre hypothèse est que le complexe I de la chaîne respiratoire est impliqué dans la régulation de l’ouverture du PTPm. Sur des mitochondries isolées de cœurs des rongeurs, nous avons pu démontrer que le PTPm est désensibilisé par la cyclosporine A, un inhibiteur de la cyclophiline D (CyP-D), et cet effet est largement amplifié en présence de la roténone, un inhibiteur du complexe I. Ces résultats ont été confirmés chez la souris CyP-D déficiente. L’étude de plusieurs types cellulaires a aussi confirmé l’effet de la roténone dans la régulation du PTPm. Ainsi, nous avons pu montrer que le flux d’électrons travers le complexe I est capable de réagir sur un site de régulation du PTPm cardiaque masqué par la CyP-D. De plus, les analogues de l’ubiquinone, élément de la chaîne respiratoire impliqué dans le transfert d’électrons entre les complexes I, II et III, modulent la susceptibilité du PTPm vis-à-vis du Ca2+. Par ailleurs, dans un modèle de cœur isolé du rat, le postconditionnement par le perindoprilate, un inhibiteur de l’enzyme de conversion, diminue la taille de l’infarctus après l’ischémie-reperfusion d’une façon NO-dépendant. L’ensemble de nos résultats ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques dans la cardioprotection et montre l’importance du complexe I et de la CyP-D comme cibles moléculaires incontournables dans la cardioprotection
-Pore de transition de perméabilité mitochondriale
-Chaîne respiratoire
-Complexe I
-Inhibiteur de l’enzyme de conversion
-Coenzyme Q
-Ischémie
-Postconditionnement
-Cardioprotection
The mitochondrial permeability transition pore (mPTP) plays an important role in cell death and cardioprotection. Our hypothesis is that the complex I of mitochondrial respiratory chain regulates the opening of mPTP. We showed that the opening of mPTP was inhibited by Cyclosporin A (CsA), a cyclophilin D (CyP-D) inhibitor, in mitochondria isolated from rodent heart, and this effect was largely amplified by rotenone, a complex I inhibitor. These results were confirmed in mitochondria devoid of CyP-D. A study realised in several cell lines also confirmed the effect of rotenone in mPTP regulation. We concluded that the electron flow through the respiratory chain complex I regulate mPTP opening and the regulatory site is masked by CyP-D in cardiac mitochondria. Moreover, two analogues of ubiquinone, mobile carrier of electrons between complex I, II and complex III, modulate the susceptibility of mPTP. In addition, in a model of isolated rat heart, postconditioning with Perindoprilat, an angiotensin converting enzyme inhibitor, protects the heart from ischemia-reperfusion injury in an NO-dependant manner. The findings of the present work put new therapic perspectives in cardioprotection
-Mitochondrial permeability transition pore
-Respiratory chain
-Complex I
-Angiotensin-converting enzyme inhibitor
-Coenzyme Q
-Ischemia
-Postconditioning
-Cardioprotection
Source: http://www.theses.fr/2009LYO10276/document
Publié le : samedi 29 octobre 2011
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N° d’ordre : 276-2009 Année 2009
CHAINE RESPIRATOIRE ET PORE DE TRANSITION
DE PERMEABILITE MITOCHONDRIALE DANS LA
CARDIOPROTECTION
Thèse présentée devant l’Université Claude Bernard-Lyon 1
Pour l’obtention du
DIPLOME DE DOCTORAT
et soutenue publiquement
le 14 Décembre 2009
par
Bo LI
Jury :
Professeur Michel OVIZE Université de Lyon Président
Professeur Christophe PIOT Université de Montpellier Rapporteur
Professeur Eric FONTAINE Université de Grenoble
Professeur Bernard GENY Université de Strasbourg Rapporteur
Docteur René FERRERA Université de Lyon Examinateur
Docteur Abdallah GHARIB Directeur
1
tel-00609514, version 1 - 19 Jul 2011UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON 1



Président de l’Université M. le Professeur L. Collet
M. le Professeur J-F. Mornex
Vice-président du Conseil Scientifique
M. le Professeur G. Annat
Vice-président du Conseil d’Administration
M. le Professeur D. Simon
Vice-président du Conseil des Etudes et de la Vie Universitaire
M. G. Gay Secrétaire Général




COMPOSANTES SANTE


Faculté de Médecine Lyon Est – Claude Bernard Directeur : M. le Professeur J. Etienne on Sud – Charles Mérieux .r F-N. Gilly
UFR d’Odontologie Directeur : M. le Professeur D. Bourgeois
Institut des Sciences Pharmaceutiques et Biologiques .r F. Locher
Institut des Sciences et Techniques de Réadaptation Directeur : M. le Professeur Y. Matillon
Département de Formation et Centre de Recherche en Biologie .r P. Farge
Humaine



COMPOSANTES SCIENCES ET TECHNOLOGIE

Faculté des Sciences et Technologies Directeur : M. Le Professeur F. Gieres
UFR Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives . C. Collignon
Observatoire de Lyon Directeur : M. B. Guiderdoni
Institut des Sciences et des Techniques de l’Ingénieur de Lyon . le Professeur J. Lieto
Institut Universitaire de Technologie A Directeur : M.r C. Coulet rsitaire de Technologie B . le Professeur R. Lamartine
Institut de Science Financière et d'Assurance Directeur : M.r J-C. Augros
Institut Universitaire de Formation des Maîtres R. Bernard
2
tel-00609514, version 1 - 19 Jul 2011Mes remerciements vont tout particulièrement :
- A mon directeur de thèse, le Docteur Abdallah GHARIB, qui a encadré l’intégralité de
ce travail de thèse avec rigueur. Qu’il trouve ici l’expression de ma reconnaissance et de
ma fidélité malgré ses états d’humeur.
- Au Professeur Michel OVIZE, qui a accepté de me recevoir dans son Laboratoire en
me donnant les moyens de la réalisation de ce travail. Il reste un véritable expert en
cardioprotection. Ses conseils toujours judicieux et sa vision avant-gardiste de la
thématique en font le référent incontournable de ces travaux. Qu’il trouve ici
l’expression profonde de ma gratitude.
- Aux rapporteurs, les Professeurs Eric FONTAINE, Bernard GENY et Christophe
PIOT, qui ont accepté de nous accorder le temps nécessaire pour juger ce travail. Qu’ils
trouvent ici l’expression de ma sincère reconnaissance.
- Au Docteur René FERRERA, pour la pertinence de ses idées scientifiques qui m’ont
permis de contourner de nombreux obstacles expérimentaux et aussi de surmonter les
moments de découragement.
- Au Docteur Pascal CHIARI, pour ses conseils, ses encouragements et ses aides qui
m’ont accompagnés au long de ce travail.
- A Murielle, pour son soutien et sa patience face à mes nombreux papiers administratifs
à préparer chaque année.
3
tel-00609514, version 1 - 19 Jul 2011- A Joseph, qui me corrige la langue française quotidiennement sans jamais réussir à me
faire connaitre la différence entre « gateau » et « cadeau ».
- A Elisabeth, votre « Le Petit Paumé » m’a beaucoup aidé dans la vie quotidienne et je
le garderai pour toujours comme un bon souvenir de nos séjours à Lyon.
- A l’ensemble de l’équipe U886, Cardioprotection : Yves, Odile, Fabrice, Souhila,
Mélanie, Brigitte, Sophie, Hélène, Geneviève, Denis, Elise, Claire, Damien, Geoffrey,
Lionel, Ludovic, Laurent, Martin… pour la franche collaboration le long de ces années
passées au laboratoire, votre aide technique, vos conseils tant scientifiques qu’amicaux
et votre bonne humeur au quotidien, ont permis l’aboutissement de ce travail.
- A tous mes parents et ma belle famille. Notre éloignement a conforté chaque jour ma
motivation dans l’accomplissement de ce travail. Avec toutes mes pensées mon
attachement profond.
- A Liangwei, mon mari qui a toujours été à mes côtés. Avec tout mon amour.
- A mon fils chéri, Jiaxuan qui est tout pour moi.
- A Carlos, qui nous a quitté depuis trois ans. L’oncidium que tu nous as laissé pousse
toujours chez moi.
4
tel-00609514, version 1 - 19 Jul 2011PUBLICATIONS

1. Ferrera R, Benhabbouche S, Bopassa JC, Li B, Ovize M. One hour reperfusion is
enough to assess function and infarct size with TTC staining in Langendorff rat model.
Cardiovasc Drugs Ther 2009;23:327-31.

2. Gomez L, Li B, Mewton N, et al. Inhibition of mitochondrial permeability transition
pore opening: translation to patients. Cardiovasc Res 2009;83:226-33.

3. Gharib A, De Paulis D, Li B, Augeul L, et al. Modification of mitochondrial
permeability transition susceptibility and ROS production by Coenzyme Q analogues
in isolated rabbit heart mitochondria.
(Article soumis à “Am J Physiol Heart Circ Physiol” pour publication)

4. Li B, Chauvin C, De Paulis D, De Oliveira F, Gharib A, Vial G, Leverve X, Ovize M,
Fontaine E. Regulation of Mitochondrial Permeability Transition by Complex 1 and
Cyclophilin D
(Article en préparation pour être soumis à “Nature” 2009)



COMMUNICATIONS SCIENTIFIQUES DANS DES CONGRES

e
27 Congrès du Groupe de Réflexion sur la Recherche Cardiovasculaire (GRRC),
Avril 2009, Nancy

Li B, De Paulis D, Couture-Lepetit E, Gharib A, Ovize M. Effets in vitro des
inhibiteurs de la chaîne respiratoire sur l’inhibition du pore de transition de
perméabilité mitochondriale par la cyclosporine A.

Benhabbouche S, Li B, Ovize M, Ferrera R. La basse pression de reperfusion et la
cyclosporine A protègent le cœur ischémique même après le début de la reperfusion.

e
24 Congrès du Groupe de Réflexion sur la Recherche Cardiovasculaire (GRRC),
Avril 2006, Toulouse

Wang TY, Li B, Augeul L, Couture-Lepetit E, et al. Production mitochondriale
d’espèces radicalaires oxygénée pendant l’ischémie et la reperfusion.


5
tel-00609514, version 1 - 19 Jul 2011SOMMAIRE
INTRODUCTION p10
I. Mitochondrie et mort cellulaire p11
I-1. Structure et fonctionnement des mitochondries p11
I-2. Le pore de transition de perméabilité mitochondriale p21
II. Physiopathologie de l’ischémie-reperfusion cardiaque p37
II-1. Facteurs déterminants de l’ischémie p37
II-2. Reperfusion p39
II-3. Conséquences de l’ischémie-reperfusion p40
II-4. Induction de la mort cellulaire au cours de l’ischémie-reperfusion p43
III. Protection cardiaque p48
III-1. Préconditionnement cardiaque p49
III-2. Postconditionnement cardiaque p57
III-3. Application du pré et du postconditionnement chez l’homme p64
BUT DU TRAVAIL DE RECHERCHE p67
MATERIELS ET METHODES p69
I. Animaux p70
II. Réactifs p70
III. Etudes sur les cœurs isolés de rats p70
IV. Quantification de l’infarctus p74
V. Prélèvement des cœurs de souris et de lapins p74
VI. Isolement des mitochondries p75
VII. Dosage de protéines p76
VIII. Analyse des fonctions mitochondriales p76
IX. Analyses statistiques p81

RESULTATS ET DISCUSSIONS p82
Etude I. Effets de CoQ et CoQ sur le PTPm cardiaque et la production de 2 10
p83
ROS in vitro
Etude II. Régulation du pore de transition de perméabilité par le complexe I de
p108
la chaîne respiratoire et la cyclophiline D
6
tel-00609514, version 1 - 19 Jul 2011Etude III. Postconditionnement pharmacologique par le périndoprilate sur un
p127
modèle de cœur isolé de rat

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES p147
BIBLIOGRAPHIE p149

7
tel-00609514, version 1 - 19 Jul 2011ABREVIATIONS
H Différence de pH de part et d'autre de la membrane mitochondriale
Différence de potentiel de part et d'autre de la membrane mitochondriale
ADP Adénosine-5'-diphosphate
AIF Apoptosis-Inducing Factor
AN Aire nécrosée
ANT Transporteur de nucléotides adényliques
AR Aire à risque
AsO Oxyde d'arsenic
ATP Adénosine-5'- triphosphate
CaCl Chlorure de calcium 2
CK Créatine kinase
CO Dioxyde de carbone 2
CoQ Quinone
CRC Capacité de rétention du calcium
CsA Cyclosporine A
CyP-D Cyclophiline D
EDTA Acide éthylène diamine tétra-acétique
EGTA Acide ethylène glycol bis-(amino-2 éthyl éther) N,N-tétraacétique
eNOS Nitric oxide synthase endothéliale
+
FAD /FADH Flavine adénine dinucléotide oxydée / réduite 2
FCCP Carbonyl-cyanide p-(triFluorométhoxy) phényl-hydrazone
GC Guanylate cyclase
GMPc Guanosine 3,5-monophosphate cyclique
HK Hexokinase
I/R Ischémie reperfusion
KATP Canal potassique sensible à l'ATP
KH Solution de Krebs Henseleit
KO Knockout
LDH Lactate déshydrogénase
MAP-kinase Mitogen-Activeted Protein kinases
2+
Me Cation divalent
+
NAD /NADH Nicotinamide adénine dinucléotide oxydé / réduit
+
NCE Na Dependant pathway for Calcium Efflux
8
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NEM N-éthylmaléimide
+
NICE Na Independant pathway for Calcium Efflux
NIM811 N-méthyl-4-isoleucine cyclosporine
NO Nitric oxide
ONOO Peroxynitrite
PC Préconditionnement
PhAsO Phényl-arsine-oxyde
Pi Phosphate inorganique
PI3K Phosphatidylinositol-3-kinase
PKG Protéine kinase G
PostC Postconditionnement
PPIase Peptidyl-propyl cis-trans isomérase
PTPm Pore de Transition de Perméabilité mitochondriale
RaM Rapid uptake Mode
RISK Reperfusion Injury Salvage Kinase
ROS Reactive Oxygen Species
SIMP Soluble Inter Membrane mitochondrial Proteins
TIM Translocase of the Inner Mambrane
TOM ase of the Outer Membrane
Tris Tris (hydroxyméthyl) amino méthane
TspO ProtéineTranslocatrice
TTC Chlorure de triphényltétrazolium
Ub0 Ubiquinone 0
Ub10 Ubiquinon10
UQ Ubiquinone
VADC Voltage Dependent Anion Channel
VG Ventricule gauche
WT Type sauvage
9
tel-00609514, version 1 - 19 Jul 2011







INTRODUCTION
10
tel-00609514, version 1 - 19 Jul 2011

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