Les maladies neurodégénératives et en particulier la maladie d’Alzheimer constituent le type le plus courant de démence dans la population âgée. Du point de vue neuropathologique, plusieurs facteurs seraient à l’origine de ces pathologies. Le stress oxydant et le déficit cholinergique correspondent aux principales causes de ces maladies. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à l’évaluation biologique de nouveaux composés antioxydant et inhibiteur potentiel de l’acétyl et la butyryl cholinestérase. La synthèse de ces molécules repose sur la présence d’un noyau quinoléique. Le choix de cet hétérocycle découle de ses propriétés biologiques dans des domaines très variés et également sur des études antérieures réalisées par le laboratoire. Ce travail comporte quatre volets correspondant à quatre séries de composés quinoléiques. Une quarantaine de nouvelles molécules hétérocycliques ont ainsi été synthétisées. La stratégie de synthèse des dihydropyrimidoquinoléines s’appuie sur une étape clé qui est la réaction de Biginelli. C’est une réaction « one pot » et multi-composant permettant un accès facile et rapide au noyau quinoléique. Les autres séries reposent sur des stratégies multi-étapes à partir de l’anhydride isatoïque et ses dérivés. L’activité biologique de ces différentes familles a été réalisée. La modélisation moléculaire de chacun des composés a été faite afin de mettre en évidence les différentes interactions existantes avec l’acétylcholinestérase. Ceci dans le but d’optimiser la structure des molécules obtenues.

L’hypertension artérielle (HTA) constitue un problème majeur de santé publique. Elle est associée à une dysfonction endothéliale souvent assimilée à une diminution de la disponibilité vasculaire en monoxyde d’azote (NO). Le NO est produit par les NO synthases à partir de la L-arginine, qui est également le substrat de l’arginase, enzyme du cycle de l’urée présente dans les cellules endothéliales et les cellules musculaires lisses vasculaires. L’objectif de la thèse a été de déterminer le rôle de l’arginase dans la dysfonction endothéliale associée à l’hypertension artérielle, et de développer des outils permettant l’étude des inhibiteurs d’arginase, nouveaux médicaments potentiels de l’HTA. Dans une première partie de thèse conduite sur le modèle du rat spontanément hypertendu (SHR), nous avons montré que l’augmentation de l’arginase (activité/expression) vasculaire était présente avant le développement de l’HTA chez le rat SHR, et de façon durable une fois l’HTA installée. De plus, nous avons identifié l’existence d’une corrélation positive entre activité arginase vasculaire et niveau de pression artérielle. Ces anomalies ne se limitent pas aux vaisseaux puisque nos travaux rapportent également une augmentation de l’activité de l’arginase au niveau cardiaque et pulmonaire chez le rat SHR à partir de 10 semaines. Chez le rat SHR âgé de 10 semaines, le traitement systémique par la Nω-hydroxynor-L-arginine (nor-NOHA) pendant 3 semaines a freiné l’aggravation de l’HTA et a amélioré la fonction endothéliale NO-dépendante des vaisseaux de résistance (mésentères isolés) que des vaisseaux de conductance (aortes isolées). Chez le SHR âgé de 25 semaines, le traitement pendant 10 semaines par la nor-NOHA a exercé un effet anti-hypertenseur et a amélioré la fonction endothéliale mésentérique via des mécanismes mettant en jeu le NO, la cyclo-oxygénase (COX) et l’angiotensine 2. De plus, le traitement a réduit le remodelage aortique, la compliance de la carotide et la fibrose cardiaque. Dans une deuxième partie, la thèse s’est intéressée au développement et à l’utilisation d’outils chromatographiques permettant l’étude des inhibiteurs d’arginase. Nous avons ainsi mis au point une colonne chromatographique sur laquelle était greffée de manière covalente l’arginase ce qui nous a permis de déterminer les propriétés thermodynamiques de la liaison entre l’arginase et la nor-NOHA. Nous avons ainsi pu montrer que la liaison entre l’arginase et la nor-NOHA était essentiellement due à des liaisons hydrogènes et des liaisons de van der Waals. Cet outil biochromatographique est également performant pour étudier les facteurs susceptibles de modifier la liaison inhibiteur-arginase, comme par exemple l’effet du magnésium, qui renforce la liaison arginase/nor-NOHA pour une concentration comprise entre 3 et 10 mM. Enfin, en utilisant le modèle de membrane artificielle immobilisée (MAI), nous avons montré que la diffusion passive de trois inhibiteurs de l’arginase : nor-NOHA, NOHA et BEC était très faible, suggérant l’existence de transporteurs permettant leur pénétration intracellulaire. En conclusion, nos travaux ont permis de déterminer le rôle délétère de l’arginase dans la physiopathologie de l’HTA essentielle et permettent d’envisager les inhibiteurs d’arginase comme des futurs traitements de l’HTA essentielle et de la dysfonction endothéliale associée.

La régénération est une réponse tout à fait unique que le foie apporte aux attaques environnementales, et la prolifération cellulaire est essentielle pour augmenter ou restaurer la fonction hépatique. Bien que la prolifération hépatocytaire soit souvent une réponse à la destruction/régénération hépatique, dans d’autres situations, elle fait partie d’une réponse adaptative à des stimulus variés qui ne sont pas responsables de mort cellulaire ; il s’agit dans ce cas d’une hyperplasie « directe ». On connait peu de chose sur la capacité des helminthes à influencer les voies métaboliques hépatiques qui assurent l’homéostasie hépatique. L’infection par la larve (ou “métacestode”) d’Echinococcus (E.) multilocularis affecte principalement le foie et est responsable chez les hôtes intermédiaires (y compris l’homme) de l’échinococcose alvéolaire (EA), une maladie hépatique qui se comporte comme une tumeur à marche lente. Il s’agit d’une infection parasitaire chronique caractérisée par une structure multivésiculaire, initialement localisée, entourée d’une réaction fibro-inflammatoire extensive. On sait depuis longtemps que le foie est l’organe cible essentiel dans l’infection par E. multilocularis. Le métacestode est à l’origine de l’activation d’une réponse inflammatoire mettant en jeu des types variés de mécanismes immunitaires, au voisinage même du parenchyme hépatique ; cependant, les effets du parasite sur le tissu hépatique /les hépatocytes ont longtemps été négligés, voire ignorés. Au cours de la dernière décennie, des études rendues possibles par la culture axénique du parasite et par le développement des techniques d’identification/manipulation géniques ont permis de montrer les nombreuses interactions métaboliques entre le parasite et son hôte, principalement dans le sens « hôte/parasite ». Par ailleurs, les observations cliniques suggéraient que le métacestode pouvait exercer une influence directe sur le parenchyme hépatique : l’importance de l’hépatomégalie développée chez les patients atteints d’EA, la tolérance de ces patients à des hépatectomies majeures, de même que la diffusion du processus de fibrose périparasitaire, démontrée dans les modèles expérimentaux, à la totalité du foie, même distant de la tumeur parasitaire et de l’infiltrat immunitaire périparasitaire. Les mécanismes potentiels en restaient cependant inconnus. On ne disposait d’aucune étude de l’expression des gènes au cours des différent stades de l’infection, ni d’analyse de l’effet de facteurs d’origine parasitaire sur les cellules hépatiques, in vivo comme in vitro. Les modifications des voies métaboliques impliquées dans les mécanismes de prolifération cellulaire des hépatocytes, et spécialement ceux dépendant du système de la protéine kinase activée par les mitogènes (MAPK), ont fait l’objet d’études détaillées dans d’autres modèles d’infection/inflammation, mais n’ont jamais été étudiées dans l’infection par E. multilocularis. La fibrose est un des éléments pathologiques majeurs de l’EA ; elle conduit à une disparition complète du parenchyme hépatique dans la zone périparasitaire et à la fibrose des espaces portes ; elle est aggravée par l’obstruction biliaire, conduisant dans ce cas à un état de cirrhose biliaire secondaire. La présence de TGF-β dans l’infiltrat périparasitaire, démontrée chez les patients atteints d’EA, suggère un rôle important pour cette cytokine dans les mécanismes de tolérance de l’hôte vis-à-vis du parasite ainsi que dans le développement des processus de fibrose. Le TGF-β est également connu pour interférer dans les voies de régulation de la prolifération cellulaire, en relation avec le système MAPK ; mais il n’a jamais été étudié dans les modèles expérimentaux d’EA. Le but de ce travail de thèse a été d’explorer l’influence du métacestode d’E. multilocularis sur les cellules hépatiques de son hôte, et particulièrement sur les voies qui régissent les processus de prolifération/ apoptose, par l’étude des modifications de l’expression génique induite par le parasite, avec une attention particulière au système MAPK et aux réseaux de chimiokines et cytokines susceptibles d’intervenir dans la régulation des phénomènes d’homéostasie hépatique.

L’athérosclérose, pathologie inflammatoire artérielle chronique, est à l’origine de la plupart des maladies cardiovasculaires qui constituent l’une des premières causes de morbidité et mortalité en France. Les études observationnelles et expérimentales montrent que l’exercice physique prévient la mortalité cardiovasculaire. Cependant, les mécanismes précisant les bénéfices cliniques de l’exercice sur l’athérosclérose sont encore largement inconnus. Le but général de ce travail a donc été d’explorer, en utilisant un modèle expérimental d’athérosclérose, la souris hypercholestérolémique génétiquement dépourvue en apolipoprotéine E, les mécanismes athéro-protecteurs de l’exercice. La dysfonction endothéliale, généralement associée aux facteurs de risque cardiovasculaire, serait l’une des étapes précoces majeures de l’athérogenèse. Elle est caractérisée par une diminution de la biodisponibilité en monoxyde d’azote (NO) avec la perte de ses propriétés vasculo protectrices, ce qui favorise un climat pro athérogène (stress oxydatif, adhésion et infiltration des cellules inflammatoires dans la paroi artérielle…) conduisant à la formation de la plaque athéromateuse. L’objectif de notre premier travail a donc été d’explorer les effets de l’exercice d’une part, sur le développement des plaques athéromateuses et d’autre part, sur la fonction endothéliale de la souris dépourvue en apolipoprotéine E. Nos résultats montrent que l’exercice réduit significativement l’extension de l’athérosclérose et prévient la dysfonction endothéliale. L’explication pharmacologique montre que l’exercice stimule la fonction endothéliale via, notamment, une plus grande sensibilité des récepteurs endothéliaux muscariniques, ce qui active les événements signalétiques cellulaires récepteurs-dépendants à l’origine d’une bioactivité accrue de NO. Les complications cliniques graves de l’athérosclérose sont induites par la rupture de la plaque instable provoquant la formation d’un thrombus occlusif et l’ischémie du territoire tissulaire en aval. L’objectif de notre deuxième travail a été d’examiner l’effet de l’exercice sur la qualité stabilité de la plaque. Nos résultats indiquent que l’exercice de longue durée stabilise la plaque en augmentant le nombre de cellules musculaires lisses et en diminuant le nombre de macrophages intra-plaques. Nos résultats montrent aussi que la phosphorylation de la eNOS (NO Synthase endothéliale) Akt dépendante n’est pas le mécanisme moléculaire majeur à l’origine de ce bénéfice. Enfin, dans notre troisième travail, nous avons investigué l’effet de l’exercice sur le développement de la plaque vulnérable. Nos résultats montrent, chez un modèle murin de plaque instable (modèle d’hypertension rénovasculaire à rénine et angiotensine II élevés) que l’exercice prévient l’apparition de la plaque vulnérable indépendamment d’un effet hémodynamique. Ce bénéfice serait associé à une diminution de l’expression vasculaire des récepteurs AT1 de l’Angiotensine II. Nos résultats justifient l’importance de l’exercice comme outil préventif des maladies cardiovasculaires.

L’utilisation des plantes comme alternative et/ou complément à un traitement médicamenteux classique devient actuellement populaire. Du fait de la prise conjointe de médicament et de plantes, l’interaction plantes/médicaments est envisageable en pharmacocinétique et en pharmacodynamique. Les patients pratiquent également une automédication avec plusieurs plantes ou préparations à bases de plantes, conjointement au traitement médical. Croyant cette pratique sure, l’automédication est le plus souvent faite sans même en avertir le médecin traitant. Il est donc important d’identifier les interactions plantes/médicament potentielles afin de prendre toutes les précautions qui s’imposent pour l’administration de plantes. Andrographis paniculata - plante de la famille des Acanthaceae - est un exemple de plante médicinale utilisée depuis plusieurs siècle en Asie pour traiter les maladies chroniques et infectieuses. Dans une première partie de ce travail sont présentées successivement une revue sur d’Andrographis paniculata, une sur la biotransformation des xénobiotiques, particulièrement celle des cytochromes P450, l’enzyme la plus importante du métabolise des xénobiotiques, et enfin une sur des exemples d’interactions plante/médicament. Dans une seconde partie, les résultats expérimentaux sont présentés. Ils peuvent être résumés de la manière suivante : les effets de l'extrait hydroalcoolique d’Andrographis paniculata (EAP), plante largement utilisée en médecine Thaïlandaise, et de son diterpène majoritaire, l’Andrographolide (AND), sur l'activité des CYPs hépatiques ont été examinés in vivo et in vitro chez le rat et in vitro chez l'Homme. In vitro, dans les microsomes hépatiques, l’EAP inhibe l’hydroxylation CYP2C-dependante du tolbutamide avec un Ki respectivement de 8,21 pour le rat et 7,51 μM pour l'Homme. Le mode d'inhibition est de type mixte mais probablement non métabolisme-dépendant. Après administration d’EAP et d’AND in vivo chez le rat, l’expression et l’activité du CYP2C11 ont significativement varié: une diminution de 30% de l’activité CYP2C11 a été observée à 0,5 et à 2,5 g d’EAP/kg/jour (correspondant respectivement à 5 et 25 mg d’AND/kg/jour), par rapport au groupe contrôle, ainsi qu’une diminution d'expression de l’isoforme CYP2C11. À 5 et 25 mg d’AND pur /kg/jour, l’activité CYP2C11-dependante est diminuée de 50% par rapport au contrôle. In vitro dans les cultures primaires d’hépatocytes de rat et humains, incubées avec 50 μM d’AND ou d’EAP, d’importantes diminutions des niveaux d'activité et de l’expression des ARNms des CYP2C et CYP3A ont également été mises en évidence. En conclusion, la présente étude montre qu’il n’est pas exclu que l'extrait d’Andrographis paniculata (EAP) ainsi que son diterpène majoritaire (AND), puissent provoquer chez l'Homme des interactions médicamenteuses en cas de co-administration avec des médicaments classiques, ceci par inhibition de l’expression et de l’activité des CYP2C9 et CYP3A4.