Peptides d'élastine et évolution des plaques d'athérosclérose : nouveaux marqueurs pronostiques et cibles thérapeutiques ? (CARBELAST)

par Aubéri Henry

Projet de thèse en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Laurent Duca et de Stéphane Jaisson.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences Fondamentales et Santé (Reims, Marne) , en partenariat avec MEDYC - Matrice Extra-cellulaire et DYnamique Cellulaire (laboratoire) depuis le 30-09-2018 .


  • Résumé

    Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de décès dans le monde. Elles ont été responsables d'environ 17,7 millions de décès en 2016 (Organisation mondiale de la santé), représentant 30% de tous les décès, et pourraient atteindre 23,3 millions en 2030. Les coûts directs et indirects ont été estimés en 2012 à 196 milliards d'euros et leur incidence augmente dans tous les pays. Les maladies cardiovasculaires représentent donc un problème majeur de santé publique et par conséquent, une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires impliquées dans leur physiopathologie est requise afin d'identifier de nouvelles cibles pharmacologiques, développer de nouveaux moyens diagnostiques, pronostiques et réduire les coûts abyssaux de ces maladies. Le vieillissement physiologique conduit à un remodelage de la paroi vasculaire, prémices de l'apparition de lésions délétères. Certaines situations pathologiques telles que le diabète ou l'insuffisance rénale chronique sont associées à un vieillissement accéléré de la paroi vasculaire et à une accentuation de ces lésions. Ainsi le vieillissement de la population et l'augmentation de l'incidence de pathologies chroniques telles que l'insuffisance rénale chronique sont impliqués dans l'augmentation d'incidence des maladies cardiovasculaires. Dans ce contexte, l'athérosclérose est indéniablement la pathologie principale, responsable de la grande majorité des décès et qui porte atteinte à la qualité de vie des patients. Cette maladie inflammatoire, chronique, progressive et multi-facettes affecte les artères de moyen et gros calibre. Elle est initiée par le phénomène de dysfonction endothéliale et est caractérisée par l'apparition de plaques impliquant un remodelage important de la matrice extracellulaire, la formation de corps lipidiques, la genèse de cœurs nécrotiques ainsi que l'apparition de régions vasculaires calcifiées. Ces dernières, responsables d'une rigidité artérielle élevée, induisent une augmentation de la pression systolique et la création de zones de rupture artérielle importantes, particulièrement au niveau des plaques. L'étape ultime de cette pathologie est ainsi la rupture de la plaque conduisant à la formation d'un thrombus, à l'origine des infarctus du myocarde et des accidents vasculaires cérébraux. Du point de vue mécanique, la vulnérabilité de ces plaques peut-être directement corrélée à leur rigidité, pouvant être reliée à la rigidité des cellules via leur « composante cystosquelette », particulièrement pour les cellules musculaires lisses (CML), mais également à la « composante calcification » des plaques, impliquant la différenciation ostéogénique des CML. Ainsi la compréhension des mécanismes responsables de la mise en place de cette pathologie et des processus précités est un prérequis essentiel dans la découverte de nouveaux outils pronostiques et de nouvelles cibles thérapeutiques qui manquent cruellement à l'heure actuelle. Nous avons montré que les peptides d'élastine (PE), étaient responsables d'une augmentation drastique du développement de la maladie et ces peptides peuvent être dosés dans des échantillons sanguins ou d'urine. Nos travaux démontrent que les PE apparaissent comme acteurs centraux de cette pathologie, soulignant le rôle actif de la matrice extracellulaire (MEC) et suggérant que le développement d'une thérapie basée sur la biologie de la MEC a un fort potentiel. De plus, des données récentes de notre équipe ont montré que l'élastine pouvait être carbamylée durant le vieillissement vasculaire, la carbamylation étant un processus de vieillissement protéique moins connu que la glycation mais tout aussi important. Nous avons également montré qu'une protéase, la Cathepsine S (CathS), pouvait être à l'origine de la production de peptides d'élastine carbamylés ou non lors du processus d'athérosclérose. Bien que les PE participent au développement de la maladie, aucune donnée précise n'existe concernant leur rôle dans l'évolution des plaques d'athérosclérose, leur rigidification, ni celui que pourrait jouer le rôle de peptides d'élastine carbamylés. Ce prérequis est indispensable afin de valider leurs caractères pronostiques et thérapeutiques et, dans ce cadre, nous proposons dans ce projet de déterminer ces points en utilisant une combinaison innovante de méthodes biophysiques, biochimiques et immunologiques. Nous analyserons ainsi l'influence des PE sur le phénotype des CML en étudiant, par le biais de méthodes biochimiques, le rôle des PE carbamylés ou non, produits par l'hydrolyse d'élastine insoluble par l'action de la CathS, sur leur différenciation ostéogénique, à l'origine de l'apparition de calcifications vasculaires délétères. Nous évaluerons également l'influence de tels peptides sur la rigidité cellulaire des CML à l'aide d'approche de microscopie à force atomique (AFM). Nos résultats seront validés in vivo, à l'aide de modèles murin d'athérosclérose (LDLR-/-), et la rigidité des plaques dont le développement sera stimulé par des PE carbamylés ou non sera également évaluée. Enfin, à l'aide méthodes combinées d'histologie, d'AFM et d'imagerie préclinique, le rôle du récepteur de ces peptides, le Complexe Récepteur de l'Elastine (CRE), dans l'évolution et la rigidification des plaques d'athérosclérose, sera étudié. Par conséquent, les données complémentaires qui seront recueillies à partir des différentes tâches apporteront une image précise du rôle joué par les PE et le CRE dans l'évolution de la plaque d'athérosclérose et définiront leur rôle potentiel comme marqueurs pronostiques facilement accessibles et / ou comme cibles thérapeutiques.

  • Titre traduit

    Elastin-derived peptides and atherosclerosis evolution : new prognostic markers and therapeutic targets ?


  • Résumé

    Cardiovascular diseases is the major cause of death worldwide. They were responsible for about 17.7 million deaths in 2016 (World Health Organization), accounting for 30% of all deaths, and could reach 23.3 million in 2030. Direct and indirect costs were estimated in 2012 at 196 billion euros and their impact is increasing in all countries. Cardiovascular diseases are therefore a major public health problem and that is why a better understanding of the molecular and cellular mechanisms involved in their pathophysiology is required in order to identify new pharmacological targets, develop new diagnostic and prognostic methods and reduce the abyssal costs of these diseases. Physiological ageing leads to a remodelling of the vascular wall, the first signs of the appearance of deleterious lesions. Certain pathological situations such as diabetes or chronic renal failure are associated with accelerated ageing of the vascular wall and an increase in these lesions. Thus, the ageing of the population and the increase in the incidence of chronic diseases such as chronic renal failure are involved in the increase in the incidence of cardiovascular diseases. In this context, atherosclerosis is undeniably the main pathology responsible for the vast majority of deaths and affects the quality of life of patients. This inflammatory, chronic, progressive and multi-faceted disease affects the medium and large arteries. It is initiated by the phenomenon of endothelial dysfunction and is characterized by the appearance of plaques involving significant remodelling of the extracellular matrix, the formation of lipid bodies, the genesis of necrotic hearts and the appearance of calcified vascular regions. The latter, responsible for high arterial rigidity, induce an increase in systolic pressure and the creation of important arterial rupture areas, particularly at the level of the plaques. The ultimate stage of this pathology is the rupture of the plaque leading to the formation of a thrombus, which is the cause of myocardial infarction and cerebrovascular events. From a mechanical point of view, the vulnerability of these plaques can be directly correlated to their rigidity, which can be linked to the rigidity of the cells via their "cystoskeleton component", particularly for smooth muscle cells (SMCs), but also to the "calcification component" of the plaques, involving osteogenic differentiation of the SMCs. Thus, understanding the mechanisms responsible for the development of this pathology and the above-mentioned processes is an essential prerequisite for the discovery of new prognostic tools and therapeutic targets that are sorely lacking at the present time. We have shown that elastin-derived peptides (EDPs) are responsible for a drastic increase in disease development and these peptides can be measured in blood or urine samples. Our work shows that EDPs appear to be central actors in this pathology, highlighting the active role of the extracellular matrix (ECM) and suggesting that the development of a therapy based on the biology of ECM has great potential. In addition, recent data from our team have shown that elastin can be carbamylated during vascular ageing, carbamylation being a less well known protein ageing process than glycation but just as important. We have also shown that a protease, Cathepsin S (CathS), may be responsible for the production of carbamylated or non-carbamylated elastin-derived peptides during the atherosclerosis process. Although EDPs are involved in the development of the disease, there is no specific data on their role in the evolution of atherosclerosis plaques, their stiffening, or the role that carbamylated elastin-derived could play. This prerequisite is essential in order to validate their prognostic and therapeutic characteristics and, in this context, we propose in this project to determine these points using an innovative combination of biophysical, biochemical and immunological methods. We will thus analyse the influence of EDPs on the phenotype of SMCs by studying, by means of biochemical methods, the role of carbamylated or non-carbamylated EDPs, produced by the hydrolysis of insoluble elastin by the action of the CathS, on their osteogenic differentiation, at the origin of the appearance of harmful vascular calcifications. We will also evaluate the influence of such peptides on the cellular rigidity of SMCs using an atomic force microscopy (AFM) approach.Our results will be validated in vivo, using mouse models of atherosclerosis (LDLR-/-), and the rigidity of plaques whose development will be stimulated by carbamylated or non-carbamylated EDPs will also be evaluated. Finally, using combined histology, AFM and preclinical imaging methods, the role of the receptor of these peptides, the Elastin Receptor Complex (ERC), in the evolution and stiffening of atherosclerotic plaques will be studied. Therefore, the additional data that will be collected from the different tasks will provide an accurate picture of the role played by EDPs and ERC in the evolution of atherosclerotic plaque and will define their potential role as easily accessible prognostic markers and/or therapeutic targets.