Rôle de SERCA 3 dans l'inflammation

par Kathia Beddek

Projet de thèse en Physiologie, physiopathologie

Sous la direction de Delphine Borgel et de Régis Bobe.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....) , en partenariat avec Inserm U 1176 - Hémostase, Inflammation, Thrombose (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Une réponse inflammatoire est une réponse finement régulée et ceci en partie par les plaquettes sanguines. En effet une réponse inflammatoire adéquate nécessite le recrutement leucocytaire à travers l'endothélium. Ce recrutement est dépendant des plaquettes. Un recrutement leucocytaire diminué peut conduire à des déficits immunitaires sévères but un recrutement incontrôlé des leucocytes associé à une activation plaquettaire importante génèrera des blessures tissulaire, une coagulation intravasculaire disséminé s'accompagnant d'insuffisance multi-organe pouvant aller jusqu'au sepsis.1,2 De plus en plus de données suggèrent que les plaquettes sont des composants actifs et peuvent avoir un effet stimulant sur les voies pro-inflammatoires. Dans ce contexte, l'activation de l'intégrine GPIIb3a est décrite comme un élément clé pro l'interaction directe entre les leucocytes et les plaquettes permettant l'activation leucocytaire et leur recrutement.3,4 Les plaquettes interagissent aussi avec les cellules endothéliale vasculaire (EC) à la fois de façon direct par contact et indirecte par des mécanismes impliquant la sécrétion de médiateurs immunes. Par ailleurs, un nombre croissant de travaux suggèrent que les plaquettes protègent l'organisme des infections en participant activement à l'élimination des pathogènes du sang et en fournissant des molécules anti-inflammatoire pour limiter la réponse immunitaire.5 Enfin, il est aussi décrit que les plaquettes peuvent limiter la perméabilité vasculaire durant l'inflammation ou dans les vaisseaux des tumeurs.6,7 Nous avons récemment montré que les Ca2+-ATPase SERCA3 sont nécessaire pour obtenir une activation complète des plaquettes sanguines.8 Les SERCAs sont des pompes à Ca2+ qui contrôlent le stockage du calcium dans les réserves intracellulaires. Ce calcium est rapidement mobilisé en réponse à une stimulation et va permettre la création de voies signalisation crucial pour la physiologie cellulaire. Dans les plaquettes, un défaut d'expression ou d'activation de SERCA3 se traduit par une diminution de l'activation, de l'agrégation et de la sécrétion en réponse à des stimulations à de faibles doses d'activateurs (thrombine ou collagène). Il est notable que ces perturbations sont dues à un défaut de sécrétion d'ADP, suggérant que les SERCA3 contrôlent de façon spécifique cette voie de sécrétion. Ce mécanisme qui a été mise en évidence dans un modèle murin pour lequel l'expression de SERCA3 avait été supprimé est aussi retrouvé chez l'homme que ce soit par inhibition pharmacologique avec le ter-Butyl-Hydroquinone (tBHQ) ou chez les plaquettes de patients atteints d'obésité morbide pour lesquelles une diminution de l'expression de SERCA3 a été observé (travaux non-publié - abstract soumis à l'ISTH 2017). Cette étude montre aussi que l'expression de SERCA3 plaquettaire retourne à la normale après amaigrissement suite à une opération chirurgicale (bypass gastrique), suggérant que l'expression de SERCA3 puisse être physiologiquement régulée lors de trouble métabolique. De façon similaire, SERCA3 peut aussi contrôler des voies de signalisation dans d'autres cellules vasculaires comme cela est proposé pour les cellules endothéliales 9. En effet, SERCA3 a été proposé comme participant à la production de l'oxyde de nitrique (NO), un puissant médiateur vasodilatateur et anti-inflammatoire.10 Il est donc du plus grand intérêt d'explorer le rôle joué par SERCA3 sur l'inflammation vasculaire

  • Titre traduit

    Role of SERCA 3 in inflammation


  • Résumé

    Platelet dependent leukocyte recruitment through the endothelium is required for an adequate immune response. Reduced leukocyte recruitment may lead to severe immune deficiency but uncontrolled leukocyte recruitment together with platelet activation may lead to tissue injury, disseminated intravascular coagulation and multi-organ failure such as in sepsis.1,2 Recent evidences suggest that platelets are active components of the immune system and are pro-inflammatory triggers. In this context, activation of IIb3 integrin is described as a key element in direct platelet-leukocyte interactions leading to leukocyte activation and recruitment.3,4 Platelets also interact with vascular endothelial cells (EC) both directly by contact-dependent mechanisms and indirectly though secreted immune mediator-driven mechanisms. On the other hand, increasing evidence suggests that platelets protect the host from infections by actively participating in pathogens blood clearance and by providing anti-inflammatory molecular cues to limit the host immune response.5 Moreover, platelets also prevent vascular permeability in tumor vessels and during inflammation.6,7 We have recently shown, that the Ca2+-ATPase SERCA3 was necessary for full platelet activation.8 SERCAs are Ca2+pumps that control Ca2+storage inside intracellular stores. This Ca2+ is rapidly mobilized upon agonist stimulation leading to signaling pathways crucial for cellular physiology. In platelets, defects in SERCA3 led to decreased activation, aggregation and secretion by low agonist concentration. Interestingly, we found that the defect lied in the release of ADP, suggesting that SERCA3 controlled a specific secretory signalling pathway. Likewise SERCA3 may control relevant signalling pathways in other vascular cells such as EC. Indeed SERCA3 was proposed to participate to NO production in EC, a potent vasodilator and anti-inflammatory mediator.9 It is therefore of the greatest interest to explore the impact of SERCA3 on vascular inflammation. Our preliminary data (see below) in an in vivo model of immune-mediated vasculitis (ICV) suggest a role for SERCA in inflammatory responses. Therefore the aim of our proposal will be to focus on two axes: 1) Role of SERCA3 in platelet-dependent leukocyte recruitment We will confirm the defect in platelet-dependent leukocyte recruitment in vivo using a similar model of inflammation (irritant contact dermatitis-induced by topical application of croton oil on the mouse skin surface) or using the air pouch model. Moreover, we will also visualise in real-time by fluorescence videomicroscopy the in vivo effects of SERCA3 deficiency on leukocyte-EC interactions using a dorsal skinfold chamber model after induction of ICV. To further assess the role of platelet SERCA3, SERCA3-deficient and wild-type (WT) platelets will be injected in platelet depleted WT and SERCA3-deficient animals, respectively. Finally, the direct association between leukocytes and platelets will be analysed by flow cytometry in normal or stimulated conditions and we will determine whether addition of extracellular ADP during the stimulation can bypass SERCA3 deficiency as described for platelets 8. Other control reverse experiments will be conducted by increasing SERCA activity by CDN1163 (a compensatory therapeutic strategy used in muscular pathology) 10 2) Involvement of SERCA3 in endothelial cell permeability The endothelial barrier function is tightly controlled and crucial for fluid homeostasis and inflammation, and its dysfunction is involved in a number of diseases including sepsis. Based on our preliminary observations, SERCA3-deficiency leads to a decrease in haemorrhages at inflammatory sites, independently of platelet functions. As EC express SERCA3, it is possible that its absence protects vessels similarly to that of STIM1, a Ca2+ sensor of the reticulum membrane,11,12 that interacts with SERCA3 in platelets13 and EC14. To address this question, vascular leakage will be explored in vivo in several inflammation models by measuring Evans blue dye extravasation into the inflammatory tissues. The role of endothelial SERCA3 in signalling pathways governing the endothelial barrier function will be further explored in vitro using primary cultures of mouse and human lung microvascular EC with a particular focus on RhoA pathway. Agonists such as thrombin or histamine activate signalling pathways regulating actin reorganisation and VE-cadherin localisation through activation of RhoA, a small GTPase sensitive to NO and Ca2+.15 We will determine how SERCA3 activity modulates NO production and RhoA activation and whether this involves SERCA3/STIM1 interaction. In a context where SERCA activator are investigated as future pharmacological target to improve muscular and cardiac therapies 10, this project, that will allow a better understanding of the role of SERCA3 implication in vascular inflammation, is an important issue.