Intérêt de l'arginase comme nouvelle cible thérapeutique dans le traitement de la dysfonction endothéliale associée à l'hypertension artérielle
Institution:
BesançonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Hypertension (HTA) is a major public health problem. It is associated with endothelial dysfunction often assimilate to a decrease of vascular availability of nitric oxide (NO). NO is produced by NO synthases from L-arginine, which is also the substrate of arginase, an enzyme of the urea cycle present in endothelial cells and vascular smooth muscle cells. The aim of this thesis was to determine the role of arginase in endothelial dysfunction associated with hypertension, and develop tools for the study of inhibitors of arginase, potential new drugs for hypertension. In the first part of the thesis conducted on the model of spontaneaously hypertensive rats (SHR), we showed that increased vascular arginase (activity/expression) was present before the development of hypertension in the SHR, and sustainably once installed hypertension. In addition, we identified the existence of a positive correlation between arginase activity and vascular blood pressure level. These anomalies are not confined to vessels since our work also reported an increase in arginase activity in heart and lung SHR from 10 weeks old. In 10 weeks old SHR, the treatment by Noméga-hydroxy-nor-L-arginine (nor-NOHA) for 3 weeks has slowed the worsening of hypertension and improved endothelial function in NO-dependent resistance vessels (mesentric arteries isolated) as conductance vessels (aortas isolated). In 25 weeks old SHR, the treatment for 10 weeks by nor-NOHA exerted an anti-hypertensive effect and improved endothelial function in mesentric arteries via mechanisms involving NO, cyclo-oxygenase (COX) and angioensin 2. In addition, the treatment reduced the remodeling of the aorta, the carotid compliance and cardiac fibrosis. In a second part, the thesis focused on the development and use of chromatographic tools for studying arginase inhibitors. We developed a chromatographic column on which was grafted covalently arginase with which we determined the thermodynamic properties of the arginase/nor-NOHA binding. We have thus shown that the arginase/nor-NOHA binding was mainly due to hydrogen bonds and van der Waals interactions. This chromotographic tool is also powerful to study factors which may affect the binding between arginase and an inhibitor, such as the effect of magnesium, which enhances the arginase/nor-NOHA binding to a concentration included between 3 and 10 mM. Finally, using the model of immobilized artificial membrane (IAM), we showed that passive diffusion of three arginase inhibitors : nor-NOHA, NOHA and BEC was very weak, suggesting the existence of transporters for intracellular penetration. In conclusion, our work has identified the deleterious role of arginase in the pathophysiology of essential hypertension and has allowed to consider the arginase inhibitors as future treatment of essential hypertension and associated endothelial dysfunction.
Abstract FR:
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 developper 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 âgé de 10 semaines, le traitement systémique par la Noméga-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 bichromotographique 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.