Implication du système Thiorédoxine des chondrocytes humains soumis à un stress glucosé, en hypoxie et en normoxie : effets du Resvératrol

par Solenn Le Clanche

Thèse de doctorat en Biochimie

Sous la direction de Didier Borderie et de Dominique Bonnefont-Rousselot.

Soutenue le 06-07-2015

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (établissement de préparation) .


  • Résumé

    L’arthrose est une maladie dégénérative de l’articulation caractérisée par une dégradation du cartilage, une inflammation de la membrane synoviale et un remodelage de l’os sous-chondral. En conditions physiologiques, les chondrocytes, seul type cellulaire du cartilage, sont en hypoxie (≈ 2% d’oxygène). Le cartilage étant un tissu avascularisé, il existe un gradient de concentration en oxygène au sein des différentes couches du cartilage. Lors du développement de l’arthrose, la dégradation du cartilage provoque une rupture de ce gradient, exposant ainsi les cellules des couches profondes à des concentrations en oxygène beaucoup plus élevées et induisant des modifications de leur métabolisme, ce qui induit leur dysfonction. Le syndrome métabolique est défini par un ensemble de perturbations glucidiques, lipidiques et vasculaires menant au développement de maladies cardiovasculaires et au diabète de type 2. Récemment, un lien entre arthrose et syndrome métabolique a été suggéré, introduisant une notion d’arthrose métabolique. Au cours de cette étude, nous nous sommes intéressés au lien entre arthrose, syndrome métabolique et stress oxydant induit par de fortes concentrations de glucose. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié les effets in vitro de 25 mM de glucose sur une lignée de chondrocytes humains immortalisés (T/C28a2), en hypoxie (2% d’oxygène) et en normoxie (21% d’oxygène). Nous avons montré que le glucose à 25 mM induisait la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) et de l’azote, l’activation de la caspase 3, la production d’interleukine 6 (IL-6), la diminution de l’activité lysyl oxydase (LOX), qui est impliquée dans les liaisons de pontage des fibres de collagène et d’élastine, ainsi que l’activation du système thiorédoxine (Trx). Ce dernier est un système de défense anti-oxydant endogène composé de la thiorédoxine, de la thiorédoxine réductase (TR) et de Txnip, qui intervient dans le maintien de l’homéostasie cellulaire en réduisant les protéines oxydées, contrôlant ainsi l’environnement redox des cellules. Les effets du glucose 25 mM ont été observés dans les deux conditions d’oxygène étudiées, cependant la réponse cellulaire en normoxie était plus précoce qu’en hypoxie. Nous avons également pu mettre en évidence un rôle de régulateur négatif de la Trx-1 sur la production d’IL-6 faisant intervenir la voie de signalisation p38MAPK. Dans la deuxième partie de ce travail, nous nous sommes intéressés aux effets de l’apport exogène de resvératrol sur les modifications induites par le glucose à 25 mM. Le resvératrol (3,4’,5-trihydroxystilbène) est un polyphénol de la famille des stilbènes, connu pour ses multiples propriétés anti-oxydantes, anti-inflammatoires, anti-diabétiques et anti-cancer. Nous avons pu observer que le resvératrol à 25 μM était capable de diminuer les effets délétères provoqués par le glucose à 25 mM. Cependant, la biodisponibilité du resvératrol est très limitée, empêchant son utilisation en thérapeutique humaine. Par conséquent, dans la troisième partie de cette étude, nous nous sommes intéressés au développement de nouvelles formulations galéniques de resvératrol (nano-émulsions (NE)) et à leurs effets sur un modèle de cellules endothéliales aortiques bovines (BAEC), sur les T/C28a2 ainsi que sur des chondrocytes humains en culture primaire provenant de cartilage de patients arthrosiques. Nous avons montré qu’une des NE permettait d’augmenter le passage intracellulaire de resvératrol dans les deux modèles étudiés et d’en potentialiser les effets protecteurs contre un stress oxydant. Cette NE s’est également montrée efficace dans le rétablissement de l’activité LOX dans les cellules de patients arthrosiques. En conclusion, nous avons montré que le glucose à 25 mM avait des effets délétères sur les chondrocytes de la lignée T/C28a2 et que l’apport exogène de resvératrol permettait de lutter contre ses effets. (...)

  • Titre traduit

    Implication of thioredoxin system in human chondrocytes subjected to high glucose stress, under hypoxia and normoxia : effects of Resveratrol


  • Résumé

    Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease characterized by cartilage degradation, inflammation of synovial membrane and subchondral bone remodelling. Under physiological conditions, chondrocytes - the only cell type found in cartilage - are under hypoxia (around 2% of oxygen). As cartilage is an avascular tissue, an oxygen gradient is established from the superficial to the deeper layers. During OA development, cartilage degradation is responsible for a break in this gradient; consequently, cells from the deepest layers are exposed to higher oxygen concentrations inducing modifications in cell metabolism leading to their dysfunction. Metabolic syndrome (MetS) is defined by a cluster of factors (impairment of glucose and lipid metabolism, vascular dysfunctions…) leading to cardiovascular diseases and type 2 diabetes development. Recently, a link between OA and MetS has been suggested, introducing a notion of metabolic OA. We have focused our study on the link between OA, MetS and oxidative stress induced by high glucose concentrations. In the first part of this study, we have determined the in vitro effects of 25 mM glucose on an immortalized human chondrocyte cell line (T/C28a2), under hypoxia (2% oxygen) and normoxia (21% oxygen). We demonstrated that 25 mM glucose induced radical oxygen species (ROS) and nitric oxide production, caspase 3 activation, interleukin 6 (IL-6) production, decrease in lysyl oxidase (LOX) activity (involved in type II collagen crosslinks), and activation of the thioredoxin (Trx) system. Trx system is an endogenous anti-oxidant system, composed by thioredoxin, thioredoxin reductase (TR) and Txnip; it is involved in cellular homeostasis by reducing oxidized proteins, thereby controlling cellular redox environment. Effects of 25 mM glucose have been observed under both oxygen conditions; nevertheless, cellular response under normoxia underwent earlier than under hypoxia. We have also highlighted Trx-1 as a negative regulator of IL-6 production through p38MAPK signalling pathway. In the second part of this study, we have focused our work on the effects of the addition of an exogenous antioxidant, i.e. resveratrol, on the modifications induced by 25 mM glucose. Indeed, resveratrol (3,4’,5-trihydroxystilbene) is a polyphenol of the stilbene family, known for its multiple anti-inflammatory, anti-oxidative, anti-diabetes and anti-cancer properties. We have observed that 25 μM resveratrol was able to decrease deleterious effects induced by 25 mM glucose. However, resveratrol bioavailability is very low, avoiding its use in human therapeutic strategy. Consequently, in the third part of this study, we have developed new galenic formulations of resveratrol, i.e. nano-emulsions (NEs) and determined their effects on a bovine aortic endothelial cells (BAEC) model, on T/C28a2 cells and also on primary cultures of human chondrocytes from osteoarthritic cartilages. One of our NEs was able to increase resveratrol intracellular passage in both cellular models, and to increase the protective effects of resveratrol against oxidative stress. This NE was also efficient in the normalization of LOX activity in osteoarthritic chondrocytes. To conclude, we have demonstrated that 25 mM glucose induced deleterious effects on chondrocytes of the T/C28a2 cell line, and that an exogenous supply in resveratrol allowed to counteract these effects. Development of a new galenic formulation of resveratrol opens new interesting prospects in human therapeutic strategy against OA associated with MetS.

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