Altérations du métabolisme cardiaque associées à des désordres génétiques de l'oxydation des ...

316 Pages·2012·5.2 MB·French

Université de Montréal

Altérations du métabolisme cardiaque associées à des désordres
génétiques de l’oxydation des acides gras à chaîne longue chez la souris

Par
Roselle Gélinas

Département de Nutrition
Faculté de Médecine

Thèse présentée à la Faculté des études supérieures
en vue de l’obtention du grade de Philosophiae Doctor (Ph.D.) en nutrition

Août 2011

©, Roselle Gélinas, 2011

Université de Montréal
Faculté des études supérieures

Cette thèse intitulée :
Altérations du métabolisme cardiaque associées à des désordres
génétiques de l’oxydation des acides gras à chaîne longue chez la souris

présentée par :
Roselle Gélinas

a été évaluée par un jury composé des personnes suivantes :

Dre Stephanie Fulton, président-rapporteur
Dre Renée Ventura-Clapier, examinateur externe
Dr Denis Deblois, membre du jury
Dre Christine Des Rosiers, directeur de recherche
Dr Edgar Delvin, représentant du doyen de la FÉS

Résumé iii
Résumé (version anglaise) v
Table des matières vii
Liste des tableaux ix
Liste des figures xi
Liste des abréviations xv
Remerciements xvii
Dédicace xix
L’avant-propos xxi
ii
iii

Résumé
Bien que le changement dans le choix des substrats énergétiques des acides gras
(AGs) vers les glucides soit considéré comme bénéfique pour le cœur insuffisant, il
n’est pas clair à savoir pourquoi les patients atteints de désordres de la β-oxydation
(β-OX) des AGs à chaîne longue (AGCLs) développent des troubles du rythme et des
cardiomyopathies. De plus, le traitement actuel ne permet pas de prévenir
l’apparition du phénotype clinique chez tous les patients, spécifiquement en condition
de jeûne ou de stress. Ainsi, plusieurs modèles de souris déficientes pour des
enzymes impliquées dans l’oxydation des acides gras ont été développés de manière à
améliorer les connaissances de la maladie ainsi que les traitements offerts aux
patients.
À cet égard, cette étude vise à évaluer le phénotype métabolique et fonctionnel des
cœurs de souris déficientes pour le récepteur activé de la prolifération des
peroxysomes-α (PPARα), un facteur de transcription des gènes impliqués notamment
dans la β-OX des AGs, et pour la déshydrogénase des acyl-CoA à très longue chaîne
(very-long chain acyl-CoA dehydrogenase, VLCAD), le déficit de l’oxydation des
AGCLs le plus commun chez l’humain. L’approche expérimentale utilisée comprend
plusieurs techniques dont (i) la perfusion ex vivo de cœur de souris au travail
combinée à l’utilisation de substrats marqués au carbone 13 (13C) et à l’analyse par
chromatographie gazeuse-spectrométrie de masse (GCMS), (ii) l’analyse de
l’expression génique par qPCR et (iii) l’analyse de l’activité électrique du cœur in
vivo par télémétrie. De manière inattendue, les résultats de cette étude menée chez la
souris ont permis de mettre en évidence que des déficits pour des protéines
impliquées dans l’oxydation des AGCLs sont associés à des altérations du
métabolisme (i) des glucides, (ii) des AGs polyinsaturés (AGPIs), et (iii)
mitochondrial, incluant l’anaplérose, en plus d’être liés à des désordres de la fonction
électrique du cœur, à savoir une prolongation du segment QTc. Pris dans leur
ensemble, les résultats de cette thèse pourraient servir à l’élaboration de nouvelles
iv

interventions métaboliques destinées à améliorer les traitements possibles et donc, la
qualité de vie des patients atteints de désordres héréditaires de la β-OX des AGCLs.
Mots clés : métabolisme énergétique cardiaque, désordres de l’oxydation des acides
gras, anaplérose, perfusion ex vivo de cœur de souris, segment QT
v

RÉSUMÉ (version anglaise)
While a shift from fatty acids to carbohydrate is considered beneficial for the failing
heart, it is unclear why patients with fatty acid oxidation disorders present clinical
manifestations such as cardiomyopathy, arrhythmia and conduction defects.
Unfortunately, the current nutritional treatment for these patients is limited in its
ability to prevent these symptoms, especially under fasting and stress conditions.
Many mouse models of fatty acid oxidation deficiency have been developed to
improve the knowledge of the disease and the treatment of these patients. In this
regard, this study aims to characterize the metabolic and functional phenotype of
hearts from mice that are deficient for the peroxisome proliferator-activated receptor
α, a transcription factor for gene involved in fatty acid oxidation, and very long chain
acyl-CoA dehydrogenase, the most common inherited long chain fatty acid oxidation
disorder in human, under various conditions.
In this study, numerous approaches have been used, which includes validated
experimental paradigms, namely, (i) ex vivo heart perfusion in the working mode with
concomitant evaluation of myocardial contractility and metabolic fluxes, employing
13C-labeled substrates combined with mass isotopomer analysis by gas
chromatography coupled to mass spectrometry, (ii) gene expression analysis by
qPCR and (iii) electrocardiogram monitoring in vivo by telemetry. Unexpectedly,
results from the present thesis demonstrate that fatty acid oxidation disorders cause
alterations in metabolism of (i) carbohydrates (ii) polyunsaturated fatty acids of the
omega-3 type, specifically docosahaexanoic acid, and (iii) mitochondria including
anaplerosis, in addition to lead to functional abnormalities, namely a prolongation of
the QT interval. Altogether, results from this thesis could contribute to new metabolic
therapy development to improve the quality of life of the patients with inherited long
chain fatty acid oxidation disorder.
vi

Key words: Cardiac metabolism, fatty acid oxidation disorders, anaplerosis, mice
heart perfused ex vivo, QT interval