Effets des composants de la matrice organique de la coquille de trois mollusques bivalves (Pecten maximus, Crassostrea gigas et Mytilus edulis) sur le métabolisme des chondrocytes articulaires humains, in vitro : applications potentielles dans le domaine de la thérapie cellulaire du cartilage arthrosique

par Mouloud Bouyoucef

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Jean-Marc Lebel et de Philippe Galéra.

Soutenue en 2014

à Caen , dans le cadre de École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime) , en partenariat avec Microenvironnement cellulaire et pathologies (Caen) (laboratoire) .

Le président du jury était Frédéric Marin.

Le jury était composé de Jean-Marc Lebel, Philippe Galéra, Frédéric Marin, Franck Carreiras, Arnaud Bianchi, Florence Richard-Legendre.

Les rapporteurs étaient Franck Carreiras, Arnaud Bianchi.

mots clés

• Mollusques
• Coquillages
• Chondrocytes
• Métabolisme
• Thérapeutique cellulaire

Résumé

Les coquilles de mollusques bivalves sont des structures organo-minérales composées en grande partie de minéraux, majoritairement du carbonate de calcium, mais aussi d’une matrice organique constituée de protéines, de glycoprotéines et de polysaccharides. Ces protéines sont impliquées dans l’organisation des minéraux des coquilles. Au cours de ce travail, nous avons étudié les activités biologiques de différents extraits (ASM, AIM, WSM et EDTA) issus de 3 coquilles de mollusques bivalves (Pecten maximus, Crassostrea gigas et Mytilus edulis) sur des chondrocytes articulaires humains (CAHs). Nous avons constaté que ces extraits modulent différemment les activités biologiques des CAHs, ceci en fonction du type de coquille, du type d’extrait et de la concentration utilisée. Nous avons également démontré que les extraits de C. Gigas et M. Edulis diminuent l’expression des marqueurs spécifiques (COL2A1, ACAN), atypiques (COL1A1, COL10A1) et pro-cataboliques (MMP-1, MMP-13) des CAHs. L’extrait WSM de P. Maximus favorise, quant à lui, l’anabolisme en augmentant l’expression de COL2A1 et d’ACAN, sans augmenter significativement l’expression de COL1A1, MMP-1 et MMP-13. De plus, les effets de cet extrait WSM et de sa sous-fraction D (< 50 kDa) sont également reproductibles en culture 3D en hypoxie, mais ils ont néanmoins moins d’effets que la BMP-2 recombinante humaine. Ainsi, nos recherches ont permis de montrer que la matrice organique des coquilles, particulièrement la fraction WSM de P. Maximus peut renfermer des molécules intéressantes ayant des effets chondrogéniques. Ces molécules pourraient être de type BMP-like, et donc utilisables dans la thérapie cellulaire du cartilage.

Titre traduit

Effects of shell matrix components from three bivalve molluscs (Pecten maximus, Crassostrea gigas and Mytilus edulis) on the metabolism of human articular chondrocytes in vitro : potential applications for the cell therapy of osteoarthritic cartilage

Résumé

The shells of the bivalve molluscs are organo-mineral structures largely composed of minerals, mainly calcium carbonate, but also of an organic matrix which is composed of proteins, polysaccharides and glycoproteins. These proteins are involved in the organization of the minerals in the shells. In this work, we studied initially the biological activities of various extracts (ASM, AIM, WSM and EDTA) from three bivalve mollusc shells (Pecten maximus, Crassostrea gigas and Mytilus edulis) on human articular chondrocytes (HACs). We found that these shell extracts modulate differentially the biological activities of HACs, depending on the type of shell, the type of extract and the concentration used. Furthermore, we have shown that in HACs, shell extracts of Crassostrea gigas and Mytilus edulis decrease the expression of phenotypic markers (COL2A1 and ACAN), atypical markers (COL1A1 and COL10A1) and also of pro-catabolic molecules (MMP-1 and MMP-13). By contract, the WSM extract of Pecten maximus promotes the anabolic pathway by increasing the expression of specific markers (ACAN and COL2A1) without enhancing significantly COL1A1, MMP-1 and MMP-13 expression. Furthermore, we demonstrated that the effects of WSM extract of Pecten maximus and its D sub-fraction (< 50 kDa) are also reproducible in 3D culture in hypoxia, but they have less effect than human recombinant BMP-2. Thus, our research has highlighted that the organic matrix particularly that WSM of Pecten maximus may contain interesting molecules with chondrogenic effects. These molecules could be BMP-like and therefore can be used in cell therapy of cartilage.