RÔLE DU MICROBIOTE PULMONAIRE DANS LE REMODELAGE VASCULAIRE PULMONAIRE ET L'HYPERTENSION ARTÉRIELLE PULMONAIRE : NOUVEL OUTIL ET CIBLE BIOTHÉRAPEUTIQUE

par Kouame Akoumia

Projet de thèse en Physiologie, physiopathologie

Sous la direction de Sylvia Cohen-Kaminsky.

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 Hypertension Artérielle Pulmonaire : Physiopathologie et Innovation Thérapeutique (laboratoire) et de Université Paris-Sud (1970-2019) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-03-2019 .


  • Résumé

    L'objectif général du projet de thèse est de rechercher si le microbiote pulmonaire, au travers des métabolites qu'il produit, influence le remodelage vasculaire pulmonaire au cours de l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), une maladie rare, dévastatrice (50% de survie à 3 ans) et incurable dont les mécanismes sont loin d'être élucidés. L'HTAP est due à une occlusion progressive des artères pulmonaires distales, avec pour conséquence une augmentation de la résistance vasculaire et de la pression artérielle pulmonaire moyenne, entrainant in fine une insuffisance cardiaque droite et la mort Les approches thérapeutiques actuelles ciblent la dysfonction endothéliale, sont essentiellement vasodilatatrices, et ne sont pas curatives. Il existe un besoin non résolu d'une stratégie anti-remodelage pour espérer traiter cette pathologie. Il est maintenant clairement établi que la santé de l'homme dépend directement des écosystèmes microbiens faisant partie intégrante de notre corps, tels que les microbiotes cutané, intestinal et pulmonaire. De nombreuses études ont permis d'associer des profils de communautés microbiennes de l'écosystème bactérien à diverses pathologies, notamment des pathologies respiratoires telles que l'asthme. Sachant que la sélection de communautés bactériennes dans le microenvironnement pulmonaire pourrait être associée à un état pathologique du poumon, l'originalité du projet repose sur l'étude directe des communautés bactériennes pulmonaires, un écosystème très peu étudié contrairement à l'écosystème intestinal. L'hypothèse de travail avancée est que certains métabolites du microbiote pulmonaire associé à l'HTAP pourraient jouer un rôle direct sur les cellules de la paroi vasculaire pulmonaire, et participer à l'établissement et/ou à la progression de l'HTAP. Les travaux liés à cette thèse permettront d'approcher l'inventaire de la biodiversité du microbiote pulmonaire caractéristique de l'HTAP et sa fonctionnalité via les métabolites bactériens produits. La recherche d'une dysbiose pulmonaire et la compréhension de la relation entre l'écosystème du microbiome pulmonaire et le développement ou la protection de la maladie pourraient fournir des pistes pour de nouvelles stratégies thérapeutiques et/ou biomarqueurs de l'HTAP. Plus précisément, la thèse vise à a/ caractériser les communautés bactériennes, spécifiquement impliquées dans des voies de synthèse de biomarqueurs bactériens potentiellement impliqués dans le remodelage vasculaire pulmonaire et l'HTAP (tels que glutamate, butyrate, acide kynurénique), b/établir un microbiote pulmonaire et intestinal associé à la pathologie HTAP, d'un point de vue structural et fonctionnel, en se focalisant sur les bactéries sources de métabolites bactériens potentiellement liés au remodelage vasculaire et c/ évaluer l'impact relatif des biomarqueurs bactériens identifiés (bactéries, métabolites) et leur interaction avec les cellules vasculaires pulmonaires de l'hôte afin de confirmer leur implication dans de développement de l'HTAP. Une vision novatrice et globale est apportée au niveau pulmonaire, par l'étude structurale et fonctionnelle de l'interaction entre microbiote humain/métabolites associés et l'hôte atteint d'HTAP. Pour atteindre cet objectif le projet se décline en 7 tâches complémentaires : -Tâche1 : Influence du microbiote pulmonaire sur l'arbre vasculaire pulmonaire -Tâche 2 : Cartographie structurale du microbiote pulmonaire dans l'HTAP -Tâche 3 : Cartographie fonctionnelle bactérienne (métabolites) des biomarqueurs candidats de l'HTAP Tâche 4 : Géodistribution et localisation des bactéries, responsables de la production de ces métabolites Tâche 5 : Etude cinétique des niches bactériennes pulmonaires au cours de l'établissement de l'HTAP Tâche 6 : Impact des métabolites sur les processus de prolifération des cellules vasculaires pulmonaires Tâche 7 : Influence du microbiote pulmonaire in vivo sur le développement de l'HTAP Des résultats préliminaires obtenus à partir d'un modèle expérimental d'HTAP murin (HTAP induite chez le rat par la monocrotaline), ont permis d'établir une augmentation i) de certains phyla bactériens dans le microbiote intestinal et ii) de genres bactériens dans le microbiote pulmonaire. Ces résultats préliminaires, semblent indiquer la genèse d'un pathobiome, associé à l'HTAP. Les résultats du projet de thèse permettront, - d'identifier une signature bactérienne (du pathobiome au métabolobiome) du microbiote pulmonaire/intestinal dans le cas de l'HTAP - de spécifier l'interaction fonctionnelle entre l'hôte atteint d'HTAP et les bactéries/ les métabolites bactériens en se focalisant sur 3 communautés/métabolites majeurs, comme biomarqueurs de la pathologie (glutamate, butyrate, acide kynurénique) et ces métabolites circulants pourraient constituer des biomarqueurs (diagnostic, suivi, pronostic), et/ou cibles thérapeutiques de la pathologie. Nous attendons de cette thèse des avancées dans trois champs disciplinaires : (i) Microbiologie : développement d'une première connaissance du microbiote pulmonaire et des fonctions microbiennes impliquées dans l'arbre vasculaire pulmonaire et dans l'HTAP et étude de la distribution de ces fonctions dans la pathologie; (ii) Physiopathologie : Nous espérons que cette étude systémique in vivo, permettra de déterminer l'impact du microbiote pulmonaire dans l'établissement et de l'HTAP ; (iii) Thérapeutique : une caractérisation de l'écosystème pulmonaire dans l'HTAP et des effecteurs induisant la pathologie, permettra de générer de nouvelles approches de diagnostic et d'identifier de nouvelles approches biothérapeutiques simples ou combinées à visée préventive chez les sous-groupes à risque voir curative dans l'HTAP établie.

  • Titre traduit

    ROLE OF PULMONARY MICROBIOTA IN PULMONARY VASCULAR REMODELING AND PULMONARY ARTERIAL HYPERTENSION: NEW TOOL AND BIOTHERAPEUTIC TARGET


  • Résumé

    The general objective of the thesis project is to investigate whether the pulmonary microbiota, through the metabolites it produces, influences pulmonary vascular remodeling in pulmonary arterial hypertension (PAH), a rare, devastating (50% Of survival at 3 years) and incurable disease whose mechanisms are far from being elucidated. PAH is due to progressive occlusion of distal pulmonary arteries, resulting in increased vascular resistance and mean pulmonary artery pressure, leading ultimately to right heart failure and death. Current therapeutic approaches target endothelial dysfunction, are essentially vasodilators, and are not curative. There is an unmet need for an anti-remodeling strategy in order to treat this pathology. It is now clearly established that human health depends directly on microbial ecosystems that are an integral part of our bodies, such as cutaneous, intestinal and pulmonary microbiota. Numerous studies have made it possible to associate profiles of microbial communities of the bacterial ecosystem with various pathologies, in particular respiratory pathologies such as asthma. Knowing that the selection of bacterial communities in the pulmonary microenvironment could be associated with a pathological state of the lung, the originality of the project relies on the direct study of the bacterial lung communities, a very little studied ecosystem unlike the intestinal ecosystem. The working hypothesis is that some metabolites of the PAH-associated pulmonary microbiota may play a direct role on the pulmonary vascular wall and may contribute to the establishment and / or progression of PAH. The work related to this thesis will make it possible to approach the inventory of the biodiversity of the pulmonary microbiota characteristic of PAH and its functionality via the bacterial metabolites produced. The search for pulmonary dysbiosis and the understanding of the relationship between the lung microbiome ecosystem and the development of -or protection from- the disease could provide avenues for new therapeutic strategies and / or PAH biomarkers. Specifically, the thesis aims at a / characterizing bacterial communities, specifically involved in pathways of synthesis of bacterial biomarkers potentially involved in pulmonary vascular remodeling and PAH (such as glutamate, butyrate, kynurenic acid), b / establish a pulmonary and intestinal microbiota associated with PAH pathology, from a structural and functional point of view, focusing on the bacteria that are sources of bacterial metabolites potentially linked to vascular remodeling, and c) evaluating the relative impact of the identified bacterial biomarkers (bacteria, metabolites) and their interaction with host pulmonary vascular cells to confirm their involvement in PAH development. An innovative and comprehensive vision is provided at the pulmonary level, by the structural and functional study of the interaction between human microbiota / associated metabolites and the host with PAH. To achieve this objective the project is divided into 7 complementary tasks: -Task 1: Influence of the pulmonary microbiota on the pulmonary vascular tree -Task 2: Structural mapping of the pulmonary microbiota in PAH -Task 3: Functional bacterial mapping (metabolites) of PAH candidate biomarkers Task 4: Geodistribution and localization of bacteria responsible for the production of these metabolites Task 5: Kinetics study of pulmonary bacterial niches during the establishment of experimental pulmonary hyoertension Task 6: Impact of metabolites on pulmonary vascular cell proliferation processes Task 7: Influence of pulmonary microbiota in vivo on the development of PAH Preliminary results obtained from an experimental model of murine PAH (PAH induced in rats by monocrotaline) have led to an increase in: (i) certain bacterial phyla in the intestinal microbiota and (ii) bacterial genus in the pulmonary microbiota. These preliminary results seem to indicate the genesis of a pathobioma associated with PAH. The results of the thesis project will allow: - to identify a bacterial signature (from the pathobiome to the metabolobiome) of the pulmonary / intestinal microbiota in the case of PAH - to specify the functional interaction between the host with PAH and the bacteria / bacterial metabolites by focusing on 3 major communities / metabolites as biomarkers of the pathology (glutamate, butyrate, kynurenic acid) and these circulating metabolites could provide biomarkers (diagnosis, follow-up, prognosis), and / or therapeutic targets of the pathology. We expect from this thesis progress in three disciplinary fields: (I) Microbiology: development of a first knowledge of the pulmonary microbiota and the microbial functions involved in the pulmonary vascular tree and in PAH and study of the distribution of these functions in the pathology; (Ii) Physiopathology: w hope that this in vivo systemic study will determine the impact of the lung microbiota on the development of PAH; (Iii) Therapeutics: a characterization of the pulmonary ecosystem in PAH and effectors inducing the pathology, will enable to generate new diagnostic approaches and to identify new simple or combined biological or preventive approaches in subgroups at risk of PAH, if not curative in established PAH.