CD - Analyse du rôle de l'encombrement macromoléculaire sanguin dans les vaisseaux : application à l'athérosclérose

école doctorale

équipe

contexte

La plupart des études réalisées afin de comprendre les mécanismes de développement de l'athérosclérose à l'échelle tissulaire sont réalisées chez le petit animal ou sur des échantillons humains post mortem. Les études cellulaires sont encore majoritairement réalisées dans des modèles en culture 2D même si des modèles de culture cellulaire 3D et/ou sous flux et/ou sur puce sont également en cours de développement. Tous ces modèles de culture cellulaire ne prennent pas en compte la propriété physique d'encombrement macromoléculaire du sang. L'encombrement macromoléculaire du sang : Les propriétés physiques des tissus jouent un rôle majeur dans la régulation cellulaire. Parmi ces propriétés physiques, l'encombrement macromoléculaire, l'encombrement cellulaire et le confinement sont sous-étudiés par rapport à la rigidité ou les contraintes de cisaillement. L'encombrement macromoléculaire (EMM) désigne la forte concentration en macromolécules (protéines, acides nucléiques, polysaccharides, etc.) en suspension à l'intérieur et à l'extérieur des cellules dans les liquides biologiques. L'encombrement cellulaire désigne alors la proportion importante de cellules (plaquettes, globules rouges etc) présentent en suspension dans les liquides biologiques générant de l'encombrement stérique. Enfin, le confinement est défini par la présence de compartiments entre des structures rigides comme la matrice extracellulaire forçant à rester dans un espace défini. In vivo, le sang a une concentration élevée en macromolécules totales (60-80 mg/mL), ce qui génère de l'EMM ; alors qu'in vitro, les cellules de la paroi vasculaire, les cellules endothéliales (CE) de l'intima et les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) de la media, sont cultivées dans un milieu contenant seulement 10 % de sérum de veau fœtal, soit 10 % de la concentration totale en macromolécules du sérum (6-8 mg/mL), générant moins d'EMM. Dans le sang très dense en macromolécules et cellules, le volume occupé par chaque macromolécule et cellule ne peut être occupé par les autres, entraînant un encombrement stérique et un effet de volume exclu. L'EMM influence ainsi le repliement et l'activité des molécules, diminue la diffusion des molécules et augmente les interactions entre deux molécules proches. Dans le vaisseau sanguin, l'encombrement induit par la présence de globules rouges concentre les plaquettes près de la paroi vasculaire plutôt qu'au centre du vaisseau, confirmant le rôle de l'encombrement cellulaire dans le réseau vasculaire 1. Des modèles in vitro ont été développés pour mimer l'EMM physique en ajoutant des polymères dans les milieux de culture cellulaire. Nous avons précédemment montré que l'EMM modifie l'adhérence et la migration des cellules cancéreuses ovariennes 2. L'EMM augmente les activités d'agglutination et de glycosidases à la surface des globules rouges en limitant leur diffusion 3. Deux études ont montré que l'EMM favorise l'alignement des cellules endothéliales et le dépôt de collagène par les CML myométriales 4,5. Dans les tissus liquides comme le sang, la contrainte de cisaillement due à l'écoulement et à la pression est largement étudiée. Cependant, à notre connaissance, aucune étude et aucun modèle 3D in vitro ne prend en compte le rôle de l'EMM sur l'intégrité vasculaire, le développement de pathologies ou l'efficacité thérapeutique. Les lésions d'athérosclérose : des artères résultent d'un dysfonctionnement et d'une érosion de l'endothélium, entraînant une rigidification de l'artère, une infiltration d'éléments sanguins dans la paroi vasculaire et une accumulation anormale de lipides (LDL et cholestérol oxydés), de matrice extracellulaire (MEC) et de cellules dans la media de la paroi vasculaire 6. Au stade précoce, les CMLV migrent et prolifèrent en produisant une MEC riche en glycosaminoglycanes (hyaluronane) ayant un rôle de rétention des lipides. Ces CMLV, normalement quiescentes mais contractiles, migrent de la media vers la plaque, changeant de phénotype pour devenir synthétiques, macrophagiques, spumeuses et ostéochondrogènes au fur et à mesure de la progression de la plaque. Au stade intermédiaire de la formation de la plaque, les CMLV adoptent un phénotype de type macrophage et participent activement à la phagocytose pour éliminer les molécules et les cellules infiltrées provenant du sang et des autres tissus. Lors du dysfonctionnement et de l'érosion de l'endothélium, des études ont montré que les globules rouges infiltrés sont phagocytés par les CMLV et augmentent l'activité oxydative au sein de la plaque d'athérome 7. Les membranes plaquettaires, en plus des LDL oxydées, contribuent également à l'accumulation de lipides dans la plaque d'athérome suite à leur phagocytose par les macrophages 8. La phagocytose anormalement importante entraîne la formation de cellules spumeuses à partir des macrophages, contribuant à la formation d'un noyau riche en lipides et nécrotique dans la plaque 9. Les CMLV de type myofibroblastes produisent une MEC aberrante, formant une chape fibreuse pour stabiliser la plaque, tandis que les cellules ostéoblastiques dérivées des CMLV peuvent favoriser la calcification du cœur de la plaque, l'ensemble entraînant une rigidification de la paroi artérielle et une mécanotransduction. Dans l'ensemble, ces processus participent à l'accumulation anormale dans la paroi vasculaire, soulignant : i) l'infiltration et l'accumulation anormale de cellules et de molécules sanguines dans la paroi artérielle, ii) le défaut d'élimination de ces molécules et cellules sur le site de la lésion et iii) l'altération de l'homéostasie lipidique dans la paroi vasculaire 10. Tout au long de la progression des stades précoces aux stades avancés, les CMLV font preuve de plasticité, de capacité de phagocytose et de communication avec les cellules endothéliales (CE), ce qui leur confère un rôle central dans l'athérosclérose. Cependant, l'EMM sanguin n'étant jamais pris en compte, ses conséquences sur les signaux biologiques dans la plasticité des CMLV, la formation de la plaque d'athérosclérose et l'efficacité des thérapies ne sont pas connus.

spécialité

Sciences de la Vie et de la Santé - BioSE

laboratoire

DCAC - Défaillance cardiovasculaire aigue et chronique