Étude de l'impact du méthylglyoxal sur la fonction cardiaque

Study of the impact of methylglyoxal on cardiac function

• Auteur / Autrice : Hélène Peyret
• Direction : Zoubir Djerada
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Inscription en doctorat le 20/01/2021
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences Fondamentales et Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PPF - Pharmacologie Pathologies Fragilisante

Mots clés

Mots clés libres

Méthylglyoxal

Cardiomyocytes

Modèle de cœur isolé perfusé

Fonction cardiaque

Rat Sprague-Dawley

Methylglyoxal

Cardiomyocytes

Isolated Perfused Heart Model

Cardiac Function

Sprague-Dawley rats

Résumé

Le méthylglyoxal (MGO) est un métabolite dicarbonyl endogène hautement réactif, produit en conditions hyperglycémiques. Le MGO pourrait contribuer au développement des altérations physiopathologiques observées dans la cardiomyopathie diabétique. Toutefois, les mécanismes sous-jacents et les cibles moléculaires spécifiques du MGO au niveau cardiaque n'ont pas encore été pleinement élucidés. Cette thèse vise à étudier les effets du MGO sur la fonction cardiaque à l'aide d'un modèle de cœur de rat isolé perfusé ex vivo et d'un modèle cellulaire de cardiomyocytes de rats nouveau-nés. Pour atteindre cet objectif, un modèle ex vivo de cœur de rat isolé sera utilisé pour évaluer les effets aigus et chroniques du MGO sur la fonction cardiaque et la régulation du calcium dans un organe fonctionnel. Afin d'évaluer l'impact du MGO sur la réponse cardiaque à l'effort, les cœurs seront stimulés par l'isoprénaline, un agoniste des récepteurs β1-adrénergiques. Dans un premier temps, pour déterminer les effets d'une exposition aiguë sur la gestion du calcium, des traitements pharmacologiques ciblant les canaux calciques seront mis en œuvre dans le modèle ex vivo. Une première phase d'optimisation consistera à déterminer les concentrations optimales de MGO, d'aminoguanidine (piégeur de MGO), ainsi que de différents inhibiteurs des canaux calciques tels que le vérapamil et le rouge de ruthénium. Ensuite, pour examiner l'impact d'une exposition chronique au MGO sur la fonction cardiaque, des rats mâles Sprague-Dawley seront traités oralement avec du MGO pendant huit semaines. À l'issue de ce traitement, les rats seront divisés en groupes recevant soit de la metformine, soit un placebo pendant deux semaines supplémentaires. À la fin du traitement, les cœurs seront isolés, perfusés ex vivo, et soumis à des épreuves d'effort. Les effets d'une exposition aiguë et chronique au MGO seront évalués en étudiant divers paramètres physiologiques et fonctionnels, tels que la fréquence cardiaque, la pression développée, la puissance cardiaque, le débit coronaire, l'activité de la créatine kinase et la nécrose myocardique. Enfin, l'impact du MGO sur l'homéostasie calcique sera exploré in vitro dans des cardiomyocytes de rats nouveau-nés, grâce à une détection en temps réel du calcium intracellulaire par microscopie à fluorescence avec la sonde Fluo-4. Une fois la technique validée, l'utilisation d'inhibiteurs des canaux calciques comme le vérapamil et le rouge de ruthénium permettra d'examiner leur rôle dans les effets induits par le MGO. Ce travail contribuera à mieux caractériser les cibles moléculaires des métabolites toxiques du diabète, avec pour finalité de limiter les dysfonctions cardiaques chez les patients diabétiques.

Methylglyoxal (MGO) is a highly reactive endogenous dicarbonyl metabolite produced under hyperglycemic conditions. MGO may contribute to the development of the pathophysiological conditions of diabetic cardiomyopathy. However, the mechanisms involved and the molecular targets of methylglyoxal in the heart have yet to be elucidated. The aim of this thesis is to investigate the effects of methylglyoxal on cardiac function using an isolated perfused rat heart model and a neonatal rat cardiomyocyte cell model. To achieve this objective, an ex vivo isolated perfused rat heart model will be used to study the acute and chronic effects of MGO on cardiac function and calcium regulation in a functional organ. To assess the impact of MGO on the response of the ex vivo perfused heart to exercise stress, hearts will be stimulated with isoproterenol, a β1-adrenergic receptor agonist. First, to determine the effects of acute exposure on calcium handling, pharmacological treatments targeting calcium channels will be applied in the isolated perfused rat heart model. A preliminary phase will involve identifying the optimal concentrations of MGO, aminoguanidine (a methylglyoxal scavenger), and various calcium channel inhibitors such as verapamil and ruthenium red. Next, to study the impact of chronic MGO exposure on cardiac function, male Sprague-Dawley rats will be treated orally with MGO for eight weeks. Following this treatment, the rats will receive either metformin or a placebo for two additional weeks. At the end of the treatment, the hearts will be isolated, perfused ex vivo, and subjected to exercise tests. The effects of both acute and chronic MGO exposure will be evaluated by examining various physiological and functional parameters such as heart rate, developed pressure, cardiac power, coronary flow, creatine kinase activity, and necrotic cardiac tissue. Finally, the effect of MGO on calcium homeostasis will be investigated in vitro in neonatal rat cardiomyocytes using real-time detection of intracellular calcium by fluorescence microscopy with the Fluo-4 probe. After validation of the technique, the use of various calcium channel inhibitors, such as verapamil and ruthenium red, will help to elucidate their involvement in MGO-induced effects. This work aims to characterize the molecular targets of toxic diabetes-related metabolites in order to mitigate cardiac dysfunction in these patients.