Rôle de la carbamylation des protéines matricielles dans l’altération des propriétés de la paroi vasculaire : application à l'anévrysme aortique

par Manon Doué

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Philippe Gillery et de Stéphane Jaisson.

Soutenue le 04-07-2019

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences Fondamentales et Santé (Reims, Marne) , en partenariat avec Matrice Extra-cellulaire et Dynamique Cellulaire (MEDyC) (laboratoire) .

Le président du jury était Laurent Duca.

Le jury était composé de Stéphane Jaisson, Marie Briet, Éric Boulanger, David Masson, Christine Piétrement.

Les rapporteurs étaient Marie Briet, Éric Boulanger.

mots clés

• Carbamylation
• Fibres élastiques
• Paroi vasculaire
• Rigidité
• Anévrysme aortique
• Vieillissement
• Anévrisme de l'aorte -- Recherche
• Glycosylation -- Recherche

Résumé

Les modifications post-traductionnelles non enzymatiques des protéines, telles que la glycation ou la carbamylation, altèrent leurs propriétés structurales et fonctionnelles, et conduisent à leur vieillissement moléculaire. La réaction de carbamylation correspond à la fixation de cyanate, majoritairement dérivé de l'urée, sur les groupements aminés des protéines. Plusieurs études ont démontré un lien entre la carbamylation des protéines et les complications cardiovasculaires. Le but de ce travail était de déterminer comment la carbamylation des protéines matricielles pouvait participer à la modification des propriétés mécaniques de la paroi vasculaire et au développement de l'anévrysme aortique. Nos expériences montrent que les protéines matricielles vasculaires, dont l'élastine, sont carbamylées. Bien que la morphologie des fibres ne soit pas modifiée, l'élastine carbamylée est plus sensible à la dégradation par l'élastase pancréatique. L'augmentation du taux de carbamylation des protéines de la matrice extracellulaire aortique dans un modèle de souris alimentées en cyanate entraîne une rigidité accrue des fibres élastiques, évaluée par microscopie à force atomique, qui se répercute par une augmentation de la vitesse de l’onde de pouls. Par ailleurs, les souris alimentées en cyanate développent moins souvent un anévrysme aortique, et présentent une proportion moins importante d'anévrysmes rompus. Enfin, les protéines carbamylées sont capables de stimuler la migration des cellules musculaires lisses vasculaires et d'induire un stress oxydant. Ces résultats suggèrent que la carbamylation des protéines matricielles participe au remodelage de la paroi vasculaire et conduit à l'altération de ses propriétés mécaniques.

mots clés

• Carbamylation
• Elastic fibers
• Vascular wall
• Stiffness
• Aortic aneursym
• Aging

Titre traduit

Role of carbamylation matrix proteins in the alteration of vascular wall properties : application of aortic aneurysms

Résumé

Nonenzymatic post-translational modifications of proteins, such as glycation or carbamylation, alter their structural and functional properties, and result in their molecular aging. The carbamylation reaction corresponds to the binding of cyanate, mainly derived from urea, to the amino groups of proteins. Several studies have demonstrated a link between protein carbamylation and cardiovascular complications. The aim of this work was to determine how carbamylation of matrix proteins could participate in the modification of the mechanical properties of the vascular wall and in the development of aortic aneurysm. Our experiments show that vascular matrix proteins, including elastin, are carbamylated. Although fiber morphology is unchanged, carbamylated elastin is more sensitive to pancreatic elastase degradation. The increased carbamylation rate of aortic matrix proteins in a murine model fed with water supplemented with cyanate leads to an increased stiffness of elastic fibers, as evaluated by atomic force microscopy, which is associated with an increase of pulse wave velocity. Cyanate-diet mice have less frequently aortic aneurysms and a smaller proportion of aneurysm ruptures. Finally, in vitro carbamylated proteins are able to stimulate the migration of vascular smooth muscle cells and to induce an oxidative stress. These results suggest that the carbamylation of matrix proteins participates in the remodeling of the vascular wall and leads to the alteration of its mechanical properties.