Découverte de cibles et de petites molécules pour l'innovation thérapeutique dans le domaine cardiovasculaire

Target and small molecule discovery for therapeutic innovation in cardiovascular area

• Auteur / Autrice : Dawei Liu
• Direction : Catherine Brenner-Jan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie
• Date : Soutenance le 24/09/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Signalisation et physiopathologie cardiovasculaire (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Christian Poüs
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Brenner-Jan, Christian Poüs, Karine Andreau, Mojgan Djavaheri-Mergny, Nazanine Modjtahedi, Jérémy Fauconnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Andreau, Mojgan Djavaheri-Mergny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme

Autophagie

Phosphodiestérases

Mitochondries

Mots clés libres

Mitochondrie

Phosphodiesterases

Autophagie

Cardioprotection

Métabolisme

Mitochondria

Phosphodiesterases

Autophagy

Cardioprotection

Metabolism

Résumé

La production cyclique d'adénosine monophosphate (AMPc) régule certains aspects de la fonction mitochondriale des cardiomyocytes de rongeurs, tels que la production d'ATP, la consommation d'oxygène, les importations de calcium et la transition de perméabilité mitochondriale (MPT), mais le contrôle de ce pool d'AMPc n'est pas bien connu. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'expression, la localisation et l'activité de plusieurs enzymes dégradant l'AMPc, les phosphodiestérases (PDEs), dans des mitochondries cardiaques isolées de rongeurs. L'expression de la PDE2 a été principalement détectée dans les mitochondries sous-sarcologiques, et l'activité de la PDE2 stimulée par le GMPc était plus importante que celle de la PDE3 et de la PDE4; leurs activités ont ensuite été confirmées dans les cardiomyocytes de rats nouveau-nés par analyse FRET en temps réel. De plus, l’inhibition pharmacologique ou la surexpression cardiaque spécifique de la respiration mitochondriale modulée par la PDE2, la perte de potentiel de la membrane mitochondriale, le MPT et l’importation de calcium. Ainsi, la dégradation de l'AMPc par les PDE représente un nouveau mécanisme de régulation de la fonction mitochondriale et devient une cible potentielle dans le traitement des maladies cardiovasculaires.En outre, l'amélioration récente du traitement anticancéreux entraîne une augmentation du nombre de patients survivants, mais un risque de cardiotoxicité à long terme. Ainsi, dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons identifié des molécules cardioprotectrices à partir de bibliothèques chimiques en développant un test de criblage à haut débit. Nous avons identifié 6 molécules à effets puissants et spécifiqies et les avons validés dans 3 modèles cellulaires. Nous avons étudié les mécanismes d'action de chaque molécule en utilisant l’extinction par siARN, l'analyse par western blot, l'imagerie par fluorescence et les analyses métaboliques en temps réel. Trois molécules pourraient entrer rapidement dans les études précliniques et cliniques en association avec des agents de radiothérapie ou des agents chimiothérapeutiques pour le développement thérapeutique, tandis que les trois autres molécules pourraient nécessiter une optimisation chimique supplémentaire.

Cyclic adenosine monophosphate (cAMP) production regulates certain aspects of mitochondria function in rodent cardiomyocytes, such as ATP production, oxygen consumption, calcium imports and mitochondrial permeability transition (MPT), but how this cAMP pool is controlled is not well known. In the first part of this thesis, we investigated the expression, localization and activity of several cAMP-degrading enzymes, phosphodiesterases (PDEs), in isolated rodent cardiac mitochondria. PDE2 expression was mainly detected in subsarcolemmal mitochondria, and cGMP-stimulated PDE2 activity was largest than PDE3 and PDE4, their activities were further confirmed in neonatal rat cardiomyocytes by real time FRET analysis. Moreover, the pharmacological inhibition or the cardiac-specific overexpression of PDE2 modulated mitochondrial respiration, mitochondrial membrane potential loss, MPT and calcium import. Thus, cAMP degradation by PDEs represents a new regulatory mechanism of mitochondrial function, and becomes a potential target in cardiovascular diseases therapy.In addition, the recent improvement of anticancer treatment results in an increase in surviving patients, but with a risk of long-term cardiotoxicity. Thus, in the second part of this thesis, we identified cardioprotective molecules from chemical libraries by developing a high throughput screening assay. We identified 6 potent and specific hits and validated them in 3 cellular models. We investigated the mechanisms of actions of each molecule and their cellular impact by using siRNA silencing, western-blot analysis, fluorescent imagery and real-time metabolic analyses. Three molecules could enter rapidly in preclinical and clinical studies in combination with radiation or chemotherapeutic agents for therapeutic development, while other three molecules may require further chemical optimization.