Altération du phénotype chondrocytaire : Rôle de l’homéostasie locale de facteurs modulant la balance Pi/Ppi

par Mathilde Guibert

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Arnaud Bianchi et de Hervé Kempf.

Le président du jury était Jérôme Guicheux.

Les rapporteurs étaient Jérôme Guicheux, David Magne.


  • Résumé

    L'arthrose (OA) est une maladie articulaire chronique qui résulte de changements complexes dans le phénotype des chondrocytes. La présence de microcristaux contenant du phosphate dans les zones de cartilage lésées suggère que le métabolisme phosphocalcique contribue en partie aux modifications du phénotype chondrocytaire au cours de la maladie. De nombreuses études ont montré que des concentrations élevées en Phosphate Inorganique extracellulaire (ePi) ou en PyroPhosphate Inorganique (ePPi) ont respectivement un effet activateur ou répressif sur la minéralisation du cartilage articulaire. Comme le Fibroblast Growth Factor 23 (FGF23) régule les concentrations de Pi, FGF23 semble être un candidat aux modifications phénotypiques observées dans l'OA. De plus, il a récemment été mis en évidence que l’ePPi prévient la dédifférenciation in vitro des chondrocytes articulaires chez le rat, un effet provoqué par la production de PPi par la protéine Ank. Cela suggère que l’ePPi pourrait être un candidat pour prévenir les modifications du phénotype chondrocytaire. Premièrement, nous avons montré que l’expression de FGF23 est plus importante dans du cartilage lésé que dans du cartilage sain. Sous stimulation croissante de FGF23, les chondrocytes humains OA présentent une expression soutenue des marqueurs d’hypertrophie tels que COL10A1, VEGF et MMP13. Nous avons également démontré que l’expression de MMP13 est fortement dépendante de FGFR1 mais indépendante de Klotho et qu’elle est fortement régulée par la voie MEK/ERK et dans une moindre mesure par la voie PI3K/AKT. Deuxièmement, nous avons montré que FGF23 est produit de façon plus importante au cours de la différenciation des ATDC5 et qu’une stimulation par FGF23 augmente la minéralisation et l’expression des marqueurs d’hypertrophie, et ce, d’autant plus fortement en présence d’une stimulation par du Pi dans ces cellules. Dans la seconde partie, nous avons montré que des chondrocytes humains OA stimulés par du PPi présentent une expression diminuée des composants collagéniques de la matrice et une expression augmentée des MMPs, de la fibronectine et des intégrines. Une stimulation par le PPi active de façon importante la voie p38 et dans une moindre mesure la voie ERK pour réguler l’expression de ses gènes cibles et notamment MMP13 d’une manière Ank indépendante. Enfin, nous avons démontré qu’une stimulation par FGF23 entraine une augmentation de l’expression de Pit-1, ENPP1 et ANK ainsi que la production de PPi par les chondrocytes humains OA. Les résultats obtenus dans cette étude démontrent que le FGF23 permet localement une différenciation des chondrocytes OA vers un phénotype hypertrophique et peut potentiellement être considéré comme un facteur aggravant de l’OA. Contrairement aux données préliminaires chez le rat, le PPi permet un remodelage matriciel des chondrocytes humains OA et pourrait potentiellement contribuer aux effets pro-hypertrophiques du FGF23

  • Titre traduit

    Alteration in chondrocyte phenotype : role of local homeostasis of Pi/PPi balance modulating factors


  • Résumé

    Osteoarthritis (OA) is the most common form of chronic joint disease, characterized by cartilage degeneration that results from complex changes in the chondrocyte phenotype. The presence of phosphate-containing microcrystals in the injured cartilage areas suggests the contribution of the phosphocalcic metabolism in the phenotype switch of chondrocytes during the disease. Numerous studies have shown that elevated concentrations of extracellular inorganic phosphate (ePi) or inorganic pyrophosphate (ePPi) have, respectively, activating or repressive mineralizing effects on articular cartilage. As Fibroblast Growth Factor 23 (FGF23) plays a major role in regulating concentrations of Pi, FGF23 is an attractive candidate to participate in the phenotype switch of the articular chondrocyte observed in OA. Moreover, we recently demonstrated that ePPi also prevents the in vitro dedifferentiation of articular chondrocyte in rats, an effect mostly triggered by Ank-induced release of PPi. This suggests that PPi may be an attractive candidate to prevent the phenotype switch of the articular chondrocyte. Firstly, we showed that FGF23 expression was higher in OA samples than in healthy one. When stimulated with increasing concentrations of FGF23, human OA chondrocytes displayed a sustained expression of markers of hypertrophy such as COL10A1, VEGF and MMP13. We demonstrated further, that MMP13 expression was mainly dependent on FGFR1 and independent of Klotho and was strongly regulated by the MEK/ERK cascade and to a lesser extent by the PI-3K/AKT pathway. Secondly, we showed that FGF23 and FGFRs were produced more importantly during ATDC5 differentiation and that FGF23 stimulation increased hypertrophic markers expression and mineralization in a synergic manner with Pi. In the second part, we showed that human OA chondrocytes stimulated with PPi displayed a decreased expression of collagen components of the matrix and sustained expression of MMPs, fibronectin and integrins. We demonstrated further that PPi stimulation mostly activates p38 pathway and to a lesser extent ERK pathway to regulate the expression of its target genes in an Ank-independent manner. Finally, we demonstrated that FGF23 stimulation increased Pit-1, ENPP1 and Ank expressions and PPi production by human OA chondrocyte. Altogether, the results obtained in this study demonstrate that FGF23 locally promotes differentiation of OA chondrocytes towards a hypertrophic phenotype and may therefore be considered as an aggravating factor for OA. In contrast to previous data obtained in rats, we demonstrated that PPi promotes matrix-remodeling of human OA chondrocytes and might contribute to FGF23 pro-hypertrophic effect


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