Etude des effets de l'induction de l'heme oxygenase-1 sur la prévention de la thrombose artérielle et la progression de l'insuffisance rénale chronique chez le rat

Nicolas Desbuards

Description

Sous la direction de Jean-Michel Halimi
Thèse soutenue le 07 octobre 2008: Tours
Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz diffusible dont la production à l'état physiologique est majoritairement issue de la dégradation de l’hème par l’hème oxygénase (HO). Le CO endogène a des propriétés vasorelaxantes comparables à celles du monoxyde d’azote. L’effet du CO a été étudié dans des modèles d’ischémie coronarienne, d’insuffisance rénale aigue et d’hypertension artérielle : des propriétés anti-agrégantes, anti-prolifératives, anti-inflammatoires et anti-apoptotiques ont été mises en évidence. Ces propriétés suggèrent que le CO pourrait aussi jouer un rôle dans la prévention de la thrombose vasculaire, et la prévention de la progression de l’insuffisance rénale chronique. Dès lors, les objectifs de cette thèse ont été : 1) d’évaluer les effets in vivo d’un inducteur de l’HO-1, l’hémine, administré en chronique respectivement dans un modèle de thrombose carotidienne et dans un modèle d’insuffisance rénale chronique chez le rat et ; 2) de fournir des éléments susceptibles d’expliquer la mécanistique qui sous-tend les effets liés à l’induction de l’HO-1. Dans le modèle de thrombose artérielle validé chez le rat par notre laboratoire, l’administration chronique d’hémine à la dose de 50 mg/kg a réduit significativement le taux d’occlusion vasculaire par rapport aux animaux non traités (7,2% versus 71%; p<0,01). A l’inverse, les animaux traités par l’hémine recevant parallèlement un inhibiteur de l’HO-1 ont présenté des taux d’occlusion vasculaire comparables à ceux des animaux contrôles. Ces résultats suggèrent que la réduction du taux d’occlusion artérielle observée, qui ne s’est pas accompagnée de modifications significatives de la pression artérielle, des paramètres sanguins ou de l’hémostase, est directement liée à l'expression vasculaire de l’HO-1. Dans le modèle d’insuffisance rénale chronique par néphrectomie des 5/6 chez le rat, l’administration chronique 2 fois par semaine d’hémine à la dose de 50 mg/kg a diminué significativement, par rapport aux animaux contrôles, la protéinurie (1,0 versus 7,3 g/mmol de créatinine), les index de glomérulosclérose (0,84 versus 2,53) et d’atrophie tubulaire rénale (0,9 versus 2,33), l’expression des protéines impliquées dans la progression de l’insuffisance rénale [(TGF-???0,62 versus 1,0) caspase-3 (0,35 versus 0,71); BMP-4 (0,11 versus 0,32)] et a augmenté significativement l’expression de la protéine BMP-7 néphroprotectrice (1,31 versus 0,38). Par rapport aux animaux recevant un antagoniste des récepteurs AT1 de l'angiotensine II (losartan à la dose de 20 mg/kg), traitement de référence utilisé au cours de l'étude, les effets de l'hémine ont été comparables pour l’expression de TGF-?? (0,62 versus 0,65) voire supérieurs pour son effet sur protéinurie (1 g/mmol de créatinine versus 2,2 g/mmol de créatinine), l’index de glomérulosclérose (0,84 versus 1,68) et d’atrophie tubulaire (0,9 versus 1,66), malgré une réduction de la pression artérielle plus faible (152,4 mmHg versus 134,7 mmHg). D’autres travaux doivent à présent être entrepris afin d’évaluer si l’induction de l’HO-1 peut constituer une approche thérapeutique d’avenir dans la prévention de la thrombose carotidienne et dans la progression de l’IRC.
-Hème-oxygénase-1
-Insuffisance rénale chronique
-Monoxyde de carbone
-Modèle animal
-Thrombose artérielle
No summary available.
Source: http://www.theses.fr/2009TOUR3102/document

Sujets

• Insuffisance rénale chronique
• Monoxyde de carbone
• Modèle animal

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

1

UNIVERSITÉ FRANÇOIS - RABELAIS

DE TOURS

ÉCOLE DOCTORALE SANTE SCIENCES ET TECHNOLOGIES

LABORATOIRE DE LA PHYSIOPATHOLOGIE DE LA PAROI ARTERIELLE

EA3852

THÈSE

présentée par :

Nicolas Desbuards

soutenue le :

7 octobre 2008

pour obtenir le grade de :

Docteur de l’Université François – Rabelais de Tours

Discipline/ Spécialité

: Sciences de la Vie et Santé

ETUDE DES EFFETS DE L’INDUCTION DE L’HEME OXYGENASE-1 SUR

LA PREVENTION DE LA THROMBOSE ARTERIELLE ET LA

PROGRESSION DE L’INSUFFISANCE RENALE CHRONIQUE CHEZ LE RAT

THÈSE dirigée par :

M. Halimi Jean-Michel

Professeur, Université François - Rabelais, Tours

RAPPORTEURS :

M. Choukroun Gabriel

Professeur, Université d’Amiens

Mme Marchand-Leroux Catherine

Professeur, Université Paris V

JURY :

M. Antier Daniel

Maître de conférence, Université François - Rabelais, Tours

M. Delorme Bruno

Docteur, responsable R&D MacoPharma, Tourcoing

M. Domenech Jorge

Professeur, Université François - Rabelais, Tours

M. Choukroun Gabriel

Professeur, Université d’Amiens

M. Halimi Jean-Michel

Professeur, Université François - Rabelais, Tours

Mme Marchand-Leroux Catherine

Professeur, Université Paris V

2

Remerciements

3

Résumé

Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz diffusible dont la production à l'état

physiologique est majoritairement issue de la dégradation de l’hème par l’hème oxygénase

(HO). Le CO endogène a des propriétés vasorelaxantes comparables à celles du monoxyde

d’azote. L’effet du CO a été étudié dans des modèles d’ischémie coronarienne, d’insuffisance

rénale aigue et d’hypertension artérielle : des propriétés anti-agrégantes, anti-prolifératives,

anti-inflammatoires et anti-apoptotiques ont été mises en évidence. Ces propriétés suggèrent

que le CO pourrait aussi jouer un rôle dans la prévention de la thrombose vasculaire, et la

prévention de la progression de l’insuffisance rénale chronique. Dès lors, les objectifs de cette

thèse ont été : 1) d’évaluer les effets

in vivo

d’un inducteur de l’HO-1, l’hémine, administré

en chronique respectivement dans un modèle de thrombose carotidienne et dans un modèle

d’insuffisance rénale chronique chez le rat et ; 2) de fournir des éléments susceptibles

d’expliquer la mécanistique qui sous-tend les effets liés à l’induction de l’HO-1.

Dans le modèle de thrombose artérielle validé chez le rat par notre laboratoire,

l’administration chronique d’hémine à la dose de 50 mg/kg a réduit significativement le taux

d’occlusion vasculaire par rapport aux animaux non traités (7,2% versus 71%; p<0,01). A

l’inverse, les animaux traités par l’hémine recevant parallèlement un inhibiteur de l’HO-1 ont

présenté des taux d’occlusion vasculaire comparables à ceux des animaux "contrôles". Ces

résultats suggèrent que la réduction du taux d’occlusion artérielle observée, qui ne s’est pas

accompagnée de modifications significatives de la pression artérielle, des paramètres sanguins

ou de l’hémostase, est directement liée à l'expression vasculaire de l’HO-1.

Dans le modèle d’insuffisance rénale chronique par néphrectomie des 5/6 chez le rat,

l’administration chronique 2 fois par semaine d’hémine à la dose de 50 mg/kg a diminué

significativement, par rapport aux animaux contrôles, la protéinurie (1,0 versus 7,3 g/mmol de

4

créatinine), les index de glomérulosclérose (0,84 versus 2,53) et d’atrophie tubulaire rénale

(0,9 versus 2,33), l’expression des protéines impliquées dans la progression de l’insuffisance

rénale [(TGF

-

 

0,62 versus 1,0) caspase-3 (0,35 versus 0,71); BMP-4 (0,11 versus 0,32)] et a

augmenté significativement l’expression de la protéine BMP-7 néphroprotectrice (1,31 versus

0,38). Par rapport aux animaux recevant un antagoniste des récepteurs AT1 de l'angiotensine

II (losartan à la dose de 20 mg/kg), traitement de référence utilisé au cours de l'étude, les

effets de l'hémine ont été comparables pour l’expression de TGF-



(0,62 versus 0,65) voire

supérieurs pour son effet sur protéinurie (1 g/mmol de créatinine versus 2,2 g/mmol de

créatinine), l’index de glomérulosclérose

(0,84 versus 1,68) et d’atrophie tubulaire

(0,9

versus 1,66), malgré une réduction de la pression artérielle plus faible (152,4 mmHg versus

134,7 mmHg).

D’autres travaux doivent à présent être entrepris afin d’évaluer si l’induction de l’HO-1

peut constituer une approche thérapeutique d’avenir dans la prévention de la thrombose

carotidienne et dans la progression de l’IRC.

5

Table des matières

Remerciements ......................................................................................................................... 2

Résumé ...................................................................................................................................... 3

Table des matières.................................................................................................................... 5

Liste des tableaux ..................................................................................................................... 7

Liste des figures

........................................................................................................................ 8

Introduction générale

............................................................................................................. 11

1

re

partie : étude bibliographique

......................................................................................... 14

1.

Hème oxygénase et monoxyde de carbone

........................................................... 15

1.1 Hème oxygénase : isoenzymes, distribution tissulaire et induction......................... 15

1.2

Métabolisme de l’HO-1 et produits de dégradation .............................................. 19

1.3

Propriétés du CO .................................................................................................... 22

2.

Rôle protecteur du couple HO/CO dans différents modèles

.............................. 28

3.

La thrombose

.......................................................................................................... 32

3.1

Rappels physiopathologiques................................................................................. 32

3.2

Implications du couple HO/CO dans les mécanismes de la thrombose................. 32

3.3

Modèles de thrombose artérielle ............................................................................ 40

4.

L’insuffisance rénale chronique

............................................................................ 41

4.1

Rappel physiopathologique.................................................................................... 41

4.2

La fibrose rénale dans la progression de l’IRC ...................................................... 42

4.3

Le TGF-



et l’Ang II dans l’IRC ........................................................................... 45

4.4

Effets du couple HO/CO sur les mécanismes de la progression de l’IRC ............. 47

4.5

Modèles d’IRC ....................................................................................................... 52

2

ème

partie : Etudes expérimentales

...................................................................................... 54

Objectifs généraux

.............................................................................................................. 55

Etude des effets antithrombotiques potentiels de l’hémine, un inducteur de l’HO-1,

dans un modèle de thrombose carotidienne chez le rat

.................................................. 56

Matériel et méthodes

.......................................................................................................... 57

1.

Animaux................................................................................................................... 58

2.

Modèle de thrombose artérielle................................................................................ 58

3.

Protocole expérimental............................................................................................. 58

3.1

Composition et traitement des groupes .................................................................. 60

3.2

Mesure des vitesses du flux sanguin dans les artères carotidiennes....................... 61

3.3

Mesure de la pression artérielle.............................................................................. 61

3.4

Prélèvements sanguins et tissulaires ...................................................................... 62

3.5

Analyse anatomopathologique ............................................................................... 62

3.6

Mesure de la concentration sérique en hème ......................................................... 63

3.7

Analyse nucléique .................................................................................................. 64

3.8

Analyse protéique................................................................................................... 65

3.9

Mesure des paramètres de l’hémostase .................................................................. 66

3.10 Analyse statistique.................................................................................................. 66

Résultats

.............................................................................................................................. 67

1.

Effet du traitement par l’hémine sur l’expression de l’HO-1................................... 68

2.

Effets du traitement par l’hémine sur la thrombose carotidienne ............................ 70

2.1

Effets sur la vitesse du flux sanguin....................................................................... 70

2.2

Effets sur la formation du thrombus carotidien...................................................... 72

6

3.

Effets du traitement par l’hémine sur la pression artérielle, les paramètres sanguins

et de l’hémostase ...................................................................................................................... 74

Tableau II :

Effets des traitements chroniques par l’hémine et hémine + SnPP sur la pression

artérielle et les paramètres biologiques

.

................................................................................... 75

Discussion

............................................................................................................................ 76

Etude des effets de l'hémine sur la progression de l'insuffisance rénale chronique

chez le rat

............................................................................................................................ 81

Matériel et Méthodes

......................................................................................................... 82

1.

Détermination du schéma d’administration optimale de l’hémine .......................... 83

1.1

Méthode.................................................................................................................. 83

1.2

Résultats ................................................................................................................. 85

2.

Animaux................................................................................................................... 85

3.

Validation du modèle d’IRC .................................................................................... 85

4.

Protocole expérimental

Les différentes étapes du protocole expérimental de cette étude sont illustrées par la

Figure

13

.

88

4.1

Composition des groupes et traitement des animaux............................................. 88

4.2

Evaluation des effets du traitement à l’hémine versus losartan dans l’IRC........... 90

4.3

Analyse statistique.................................................................................................. 94

Résultats

.............................................................................................................................. 95

1.

Induction de l’HO-1 par l’hémine............................................................................ 96

2.

Masse corporelle des rats ......................................................................................... 98

3.

Paramètres hémodynamiques................................................................................... 98

4.

Protéinurie et créatininémie ................................................................................... 100

5.

Résultats anatomopathologiques : glomérulosclérose et atrophie tubulaire .......... 102

6.

Effet du traitement par l’hémine sur l’apoptose..................................................... 102

7.

Effet du traitement par l’hémine sur les facteurs de croissance impliqués dans l’IRC

106

7.1

Effet sur le TGF-



................................................................................................ 106

7.2

Effet sur les protéines BMP-4 et BMP-7 ............................................................. 106

Discussion

.......................................................................................................................... 109

Conclusion générale

............................................................................................................. 117

Liste des publications

........................................................................................................... 118

Références bibliographiques

............................................................................................... 120

7

Liste des tableaux

Tableau I :

Principaux facteurs connus de l’induction de l’HO-1

Tableau II :

Effets des traitements chroniques par l’hémine et hémine + SnPP sur la pression

artérielle et les paramètres biologiques

.

Tableau III:

Pression artérielle à 12 semaines : comparaison entre les groupes

Tableau IV :

Effet de 12 semaines de traitements par l’hémine et le losartan sur la fonction

rénale et la protéinurie

8

Liste des figures

Figure 1 :

schéma de la dégradation de l’hème

Figure 2 :

Effets physiologiques du CO

Figure 3:

Activation et recrutement des plaquettes lors de dommages de la paroi vasculaire

Figure 4 :

Propriétés de l’endothélium sain

Figure 5 :

Lien entre facteurs de croissance et insuffisance rénale

Figure 6 :

Effets du TGF-



sur la progression de l’IRC

Figure 7 :

Etapes du protocole de l’étude sur la thrombose

Figure 8 :

Expression et localisation de l’HO-1

Figure 9 :

Détection du flux sanguin de l’artère carotidienne gauche par écho Doppler

Figure 10 :

Effet du traitement par l’hémine sur la thrombose vasculaire induite par

stimulation électrique

Figure 11 :

Evaluation du taux de carboxyhémoglobine en fonction du temps chez les rats

traités par une injection unique d’hémine (50 mg/kg)

Figure 12 :

Procédure chirurgical de la néphrectomie subtotale 5/6

Figure 13 :

Protocole expérimental de l’étude

Figure 14 :

Expression de l’HO-1 dans le rein restant

Figure 15 :

Effet du traitement de 12 semaines par l’hémine sur la glomérulosclérose et

l’atrophie tubulaire

Figure 16 :

Index de glomérulosclérose et d’atrophie tubulaire

Figure 17 :

Effet du traitement de 12 semaines par l’hémine sur l’expression de la caspase-3

Figure 18 :

Effet des traitements par l’hémine sur l’expression rénal du TGF-



1

Figure 19 :

Effet du traitement par l’hémine sur l’expression protéique des BMP-4 et BMP-7

Figure 20 :

Voie de signalisation intracellulaire des Smad

9

10

Abréviations

Ang II: Angiotensine II

ATP: adénosine triphosphate

BMP: Bone Morphogenic Protein

BR: bilirubine

BV: biliverdine

CO: monoxyde de carbone

CORM: CO releasing molecule

GCs : guanylate cyclase soluble

GMPc : guanosine monophosphate cyclique

HbCO : carboxyhémoglobine

HO : hème oxygénase

IRA : insuffisance rénale aigue

IRC : insuffisance rénale chronique

NADPH : nicotinamide adénine dinucléotide phosphate

MAPK: protéines kinases mitogènes activées

NO: monoxyde d’azote

Smad: Mothers against decapentaplegic

SnPP: étain protoporphyrine

TCA : temps de céphaline activée

TGF-



: Transforming Growth Factor-



TP: temps de prothrombine