Role of Phospholipase D in Vascular Calcification

par Najwa Skafi

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Le président du jury était David Magne.

Les rapporteurs étaient Olivier Cuvillier, Hiba Komati, Laurence Vico-Pouget.

  • Titre traduit

    Le rôle de la phospholipase D dans la calcification vasculaire


  • Résumé

    La calcification vasculaire est l’accumulation de cristaux de calcium dans les vaisseaux sanguins à travers un processus pathologique qui ressemble à la formation de l’os ou du cartilage. Elle apparaît notamment chez les patients diabétiques ou atteints d’une insuffisance rénale chronique. La conséquence principale de la calcification vasculaire est la perte de l’élasticité qui est indispensable pour la fonction des larges artères, elle est de plus associée à la mortalité des patients hémodialysés. Les traitements contre la calcification vasculaire sont généralement limités à ceux qui corrigent les facteurs causatifs des problèmes de santé mais aucune intervention efficace, spécifique et ciblée n’est disponible. Par conséquence, une compréhension profonde des mécanismes moléculaires impliqués dans la calcification vasculaire est nécessaire dans le but de trouver de nouvelles cibles thérapeutiques. La phospholipase D catalyse l’hydrolyse des phospholipides en acide phosphatidique et une tête polaire, elle est aussi impliquée dans différentes fonctions cellulaires et maladies. Il a été démontré qu’elle peut être activée par des facteurs impliqués dans l’ostéogenèse et par d’autres impliqués dans la calcification vasculaire. Ainsi, nous avons étudié le rôle de la phospholipase D dans la calcification vasculaire dans 3 modèles différents. Le premier est un modèle in-vitro de cellules musculaires lisses murines (lignée cellulaire MOVAS), elles sont cultivées en présence d’acide ascorbique et de β-glycérophosphate. Le deuxième est un modèle ex-vivo d’explants d’aortes cultivés en présence de fortes concentrations de phosphate et le troisième est un modèle in-vivo d’insuffisance rénale chronique produite chez des rats. Dans ce dernier modèle, la calcification vasculaire est induite par un régime riche en phosphore et en calcium et par des injections de vitamine D active. La calcification dans ces trois modèles a été suivie par l’analyse de la minéralisation en dosant les dépôts de calcium, de l’activité phosphatase alcaline, et de l’expression de différents marqueurs ostéo-chondrocytaires. Une augmentation de l’expression génique de Pld1 a été observée dans les trois modèles, en particulier au cours des premières étapes de la calcification, et a été accompagnée d'une activité accrue de la phospholipase D dans les modèles in vitro et ex-vivo. L’inhibition de l’activité phospholipase D dans ces deux modèles ou de la phospholipase D1 dans le modèle MOVAS a bloqué complètement la calcification. Par contre, l’inhibition spécifique de la phospholipase D2 n’a pas montré des effets significatifs. Deux voies par lesquelles la phospholipase D peut être activée ont été testées, la voie de la protéine kinase C et la voie de la sphingosine-1-phosphate. Ces deux voies métaboliques se sont révélées être impliquées dans le processus de calcification mais pas forcément dans l’activation de la phospholipase D au cours de ce processus. Des résultats préliminaires ont montré que la phospholipase D pourrait agir après activation de la sphingosine kinase 2 dont l’activité s’est avérée nécessaire pour la calcification dans le modèle MOVAS. Des études supplémentaires sont nécessaires pour comprendre par quels mécanismes la phospholipase D est activée et comment elle agit. La phospholipase D pourrait être une nouvelle cible thérapeutique pour le traitement de la calcification vasculaire vu que son inhibition ne semble pas avoir des effets secondaires chez les patients


  • Résumé

    Vascular calcification is the accumulation of calcium phosphate crystals in blood vessels via a pathological process that resembles physiological bone or cartilage formation. Calcification in the medial layer is mainly seen in diabetic and chronic kidney disease patients. Its main consequence is the loss of elasticity which is indispensable for the function of large arteries. Accordingly, vascular medial calcification was significantly associated with mortality in hemodialysis patients. Vascular calcification treatments are limited to those that correct its causative health problems, but no efficient, specific and targeted interventions are available. Therefore, a deep understanding of its molecular mechanisms is needed to find novel therapeutic targets. Phospholipase D catalyses the hydrolysis of phospholipids into phosphatidic acid and a head group. It is implicated in different cellular functions and diseases. It was found to be activated by factors involved in osteogenesis and others involved in vascular calcification. Thus, we investigated its role in vascular calcification in 3 models: an in-vitro model of murine smooth muscle cell line MOVAS cultured with ascorbic acid and β-glycerophosphate, an ex-vivo model of rat aortas cultured in high phosphate medium, and an in-vivo model of adenine-induced kidney disease in rats in which vascular calcification is induced by further administration of high phosphorus/calcium diet and active vitamin D injections. Calcification was detected in these models using different approaches including alkaline phosphatase activity, calcium dosage, and/or evaluation of osteo-chondrocytic markers expression. Pld1 expression was seen upregulated in all the three models, especially during early stages of calcification, and was accompanied with increased phospholipase D activity in the in-vitro and ex-vivo model. The inhibition of total phospholipase D activity in these two models, or that of phospholipase D1 in case of MOVAS model, abolished calcification. Phospholipase D2-specific inhibition did not induce significant effects. Two pathways by which phospholipase D can be activated were tested, protein kinase C and sphingosine 1-phosphate pathways, but they were found to be involved in calcification but not necessary for phospholipase D activation during this process. Alternatively, the preliminary results showed that PLD may be acting by activation of sphingosine kinase 2 whose activity was found necessary for calcification in the MOVAS model. Further investigations are needed to understand the mechanisms by which phospholipase D is activated and by which it is acting. Phospholipase D could be a novel target for vascular calcification especially that its inhibition in patients did not induce adverse health effects


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