Mécanismes impliqués dans la modulation de la néovascularisation post-ischémique : rôle de la rénine et des microARNs

Les maladies cardiovasculaires ischémiques demeurent à ce jour la principale cause de morbidité et mortalité dans les pays industrialisés. La sévérité des dommages ischémiques est grandement influencée par la capacité adaptative de l’organisme à former de nouveaux vaisseaux sanguins (néovascularisation). Notre laboratoire a démontré au cours des dernières années que plusieurs facteurs de risques et phénotypes cliniques associés au développement de l’athérosclérose diminuent également la capacité de néovascularisation post-ischémique. Mes travaux de recherche visaient à mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la modulation de la néovascularisation post-ischémique en condition pathologique. Nous avons dans un premier temps étudié le rôle spécifique de la rénine, une composante du système rénineangiotensine (RAS) dont la stimulation chronique est impliquée à la fois dans la l’athérosclérose, la dysfonction des cellules endothéliales (ECs) et l’inhibition de la néovascularisation. Par la suite, nous avons investigué le rôle potentiel des micro-ARNs (miRs) lors de la modulation de la néovascularisation post-ischémique en condition athérosclérotique. Les miRs sont des petits ARNs non codants qui régulent négativement l’expression de plus de 60% des gènes. Ils sont de plus en plus reconnus comme ayant un rôle essentiel lors des processus biologiques physiologiques et pathologiques. Dans cette thèse, nous avons utilisé un modèle murin d’ischémie de la patte pour tester l’hypothèse que la rénine et les miRs sont impliqués dans de la modulation de la néovascularisation post-ischémique lors de conditions pathologiques. Les résultats de mon premier article ont permis de démontrer pour la première fois qu’une thérapie avec l’aliskiren, le seul inhibiteur direct de la rénine utilisé cliniquement, permet d’améliorer significativement la néovascularisation post-ischémique in vivo. En effet nous avons observé une amélioration de la récupération de la perfusion tissulaire, de la densité capillaire et artériolaire, et de l’expression de facteurs angiogéniques clés (VEGF, NO) dans les muscles ischémiques de souris traitées à l’aliskiren. En bref, nos résultats suggèrent que l’effet bénéfique de l’aliskiren sur la néovascularisation est au moins en partie causé par une action antioxydante qui améliore l’activité fonctionnelle des ECs et des cellules angiogéniques circulantes (PACs). Mon deuxième projet visait à identifier et caractériser le rôle de différents miRs potentiellement impliqués dans la défaillance de néovascularisation post-ischémique associée aux conditions athérosclérotiques. En utilisant la technologie de séquençage de deuxième génération et le qRT-PCR, nous avons identifié 2 miRs qui sont fortement diminués en condition hypercholestérolémique : le miR-150 (un miR pro-angiogénique) et le miR-146b (un miR anti-inflammatoire). Nous avons démontré que ces 2 miRs sont diminués in vivo dans le muscle ischémique des souris hypercholestérolémiques (HC), et également in vitro dans des ECs humaines exposé aux oxLDL. La diminution de l’expression du miR-150 et du miR-146b par l’hypercholestérolémie et les oxLDL semble inhiber la néovascularisation post-ischémique par deux mécanismes distincts (article 2 et 3). D’une part, la diminution du miR-150 cause une défaillance des fonctions angiogéniques des ECs et des PACs en stimulant l’expression de SRCIN1, un important inhibiteur endogène de la voie pro-angiogénique Src/Akt/eNOS (article 2). D’autre part et de façon similaire aux oxLDL, l’inhibition du miR146b cause une dysfonction endothéliale en augmentant les niveaux de stress oxydant et d’inflammation, un mécanisme qui implique l’induction du gène pro-inflammatoire TRAF6 (article 3). De façon importante, nos résultats démontrent pour la première fois qu’une injection intramusculaire locale de miR-150 ou de miR-146b permet de récupérer la néovascularisation post-ischémique en condition d’hypercholestérolémie. Nous avons aussi démontré que l’expression forcée du miR-150 ou du miR-146b améliore la fonction angiogénique des ECs humaines exposées aux oxLDL. Finalement, le nombre et l’activité fonctionnelle des PACs isolées de la moelle osseuse des souris HC peuvent aussi être restaurés par miR-150 et miR-146b. En conclusion, nos travaux ont permis d’identifier et de caractériser le rôle de miR-150 et de miR-146b dans la défaillance angiogénique lors de conditions athérosclérotiques. Cette thèse démontre aussi pour la première fois que des thérapies basées sur l’inhibition de la rénine ou la modulation de miRs spécifiques permettent d’améliorer la néovascularisation post-ischémique lors de situations pathologiques. Nos résultats pourraient donc aider au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le traitement des maladies cardiovasculaires ischémiques sévères.Ischemic cardiovascular diseases remain the leading cause of morbidity and mortality in industrialized countries. The severity of ischemic damages is greatly influenced by the ability of the organism to form new blood vessels (neovascularization). Our laboratory has demonstrated in recent years that several risk factors and clinical phenotypes associated with the development of atherosclerosis can also impair post-ischemic neovascularization. The purpose of my research was to better understand the mechanisms that are involved in the modulation of post-ischemic neovascularization in pathological conditions. We first investigated the specific role of renin, a key component of the renin-angiotensin system (RAS) whose chronic stimulation is involved in atherosclerosis, endothelial cell (EC) dysfunction and the inhibition of neovascularization. Subsequently, we investigated the potential role of microRNAs (miRs) in the modulation of post-ischemic neovascularization under atherosclerotic conditions. miRs are small non-coding RNAs that negatively regulate the expression of more than 60% of genes. They are increasingly recognized as having a vital role in physiological and pathological biological processes. In this thesis, we used a mouse model of hindlimb ischemia to test the hypothesis that renin and miRs are involved in the modulation post-ischemic neovascularization during pathological conditions. The results of my first article demonstrate for the first time that treatment with aliskiren, the only direct renin inhibitor used clinically, significantly improves post-ischemic neovascularization in vivo. Indeed, we observed an improvement of tissue perfusion recovery, capillary and arteriolar densities, and higherexpression of key angiogenic factors (VEGF, NO) in ischemic muscles of mice treated with aliskiren. In summary, our results suggest that the beneficial effect of aliskiren on neovascularization is at least in part due to an antioxidant action that enhances the functional activity of ECs and circulating angiogenic cells (PACs). My second project aimed at identifying and characterizing the role of different miRs which could be involved in post-ischemic neovascularization failure associated with atherosclerotic conditions. Using next-generation sequencing technology and qRT-PCR, we identified 2 miRs that are significantly decreased in hypercholesterolemic conditions: miR-150 (a pro-angiogenic miR) and miR-146b (an anti-inflammatory miR). We have shown that these 2 miRs are decreased in vivo in the ischemic muscles of hypercholesterolemic (HC) mice, and also in vitro in human ECs exposed to oxLDL. Decreased expression of miR-150 and miR-146b by hypercholesterolemia and oxLDL appears to inhibit post-ischemic neovascularization by two distinct mechanisms (Article 2 and 3). On one hand, decreased expression of miR-150 impairs the angiogenic functions of ECs and PACs by stimulating the expression of SRCIN1, an important endogenous inhibitor of the pro-angiogenic Src / Akt / eNOS pathway (article 2). On the other hand, decreased expression of miR146b causes endothelial dysfunction by increasing oxidative stress and inflammation, a mechanism that involves the induction of the proinflammatory TRAF6 gene (Article 3). Importantly, our results demonstrate for the first time that a local intramuscular injection of miR-150 or miR-146b can recover post-ischemic neovascularization in hypercholesterolemic conditions. We also show that forced expression of miR-150 or miR-146b can enhance the angiogenic functions of human ECs exposed to oxLDL. Finally, the number and functional activity of bone marrow PACs isolated from HC mice can also be restored by miR-150 and miR-146b. In conclusion, our work has characterized the role of miR-150 and miR-146b for the angiogenic failure associated with atherosclerotic conditions. This thesis also demonstrates for the first time that therapies based on the inhibition of renin or the modulation of specific miRs can improve post-ischemic neovascularization in pathological situations. Our results could help developing new strategies for the treatment of severe ischemic cardiovascular diseases

Régulation transcriptionnelle de la MT1-MMP par la minocycline et implication dans l'autophagie des cellules d'hépatomes humains

De façon moderne, le cancer pourrait être défini comme étant un ensemble de signatures moléculaires précises contribuant à l'élaboration de processus favorisant la mise en place d'un phénotype tumoral agressif. Parmi ces signatures moléculaires, la métalloprotéinase membranaire de type 1 (MT1-MMP) se démarque tant par son rôle dans le caractère invasif des tumeurs que par son implication dans diverses voies de signalisations impliquées dans la progression tumorale et dans la résistance aux traitements. Reconnue surtout pour sa fonction catalytique, la MT1-MMP est surexprimée dans la plupart des cancers et contribue à la formation de métastases et à l'invasion tumorale en dégradant plusieurs composantes de la matrice extracellulaire. De plus, des études récentes ont documenté sa participation active dans plusieurs cascades de signalisation intracellulaire impliquées dans la chimiorésistance et la progression tumorale. Les mécanismes en jeu demeurent toutefois peu documentés. Récemment, il a été montré que la MT1-MMP, via son domaine cytoplasmique, était impliquée dans l'inflammation et l'autophagie, deux processus cellulaires importants contribuant activement à la progression tumorale des carcinomes hépatocellulaires. Ces tumeurs malignes représentent la cinquième cause de mortalité par le cancer au niveau mondial. Leur croissance est favorisée par un microenvironnement inflammatoire chronique et un niveau d'autophagie élevé contribuant à la chimiorésistance et rendant la plupart des traitements inefficaces. En effet, l'autophagie est un mécanisme de dégradation lysosomale qui permet un apport énergétique complémentaire à l'angiogenèse favorisant la croissance des tumeurs. L'autophagie intervient également en réparant les organelles endommagées par des agents thérapeutiques permettant à certaines cellules de survivre et favorisant une chimiorésistance tumorale secondaire. Nous avons donc utilisé un modèle cellulaire HepG2 représentatif des hépatomes afin d'étudier l'implication de la MT1-MMP dans ces processus. Il devient donc impératif de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de signalisation impliqués entre la MT1-MMP, l'inflammation et l'autophagie, dans le but d'améliorer les modalités thérapeutiques envers les hépatomes par un ciblage pharmacologique plus précis. La minocyline, un antibiotique de la famille des tétracyclines, est généralement utilisée pour son action bactériostatique et anti-inflammatoire. Elle possède également la capacité d'inhiber l'expression génique de la MT1-MMP. La première partie de mon mémoire a pour objectif d'étudier la régulation transcriptionnelle de la MT1-MMP ainsi que de ses fonctions de signalisation dans l'inflammation et l'autophagie dans les cellules HepG2. Nous avons donc stimulé l'expression de la MT1-MMP par la concanavaline A (ConA), une lectine reconnue pour induire un phénotype inflammatoire et autophagique. Nous confirmons que la MT1-MMP est effectivement requise dans l'induction du phénotype inflammatoire et autophagique par la ConA. En effet, l'induction par la ConA du biomarqueur inflammatoire COX-2, ainsi que la formation de vacuoles acides et du biomarqueur autophagique BNIP3 sont antagonisés lorsque l'expression de la MT1-MMP est réprimée. NANOS1 et STAT3 ont été identifiés comme régulateurs transcriptionels de la MT1-MMP dans son mécanisme d'induction par la ConA. Nous mettons également en évidence l'implication d'un axe de signalisation entre NANOS1 et STAT3. Finalement, nos résultats suggèrent que la minocycline antagonise l'induction de vacuoles acides et l'expression de BNIP3 et COX-2. La minocycline inhibe directement l'expression génique de NANOS1 et MT1-MMP dans une condition basale sans traitement à la ConA et elle empêche la phosphorylation de STAT3 induite par la ConA. À la lumière de nos résultats, nous mettons donc en évidence un nouveau mécanisme d'action de la minocycline dans la cascade de signalisation induite par la ConA et impliquant MT1-MMP. Nous suggérons aussi de poursuivre l'étude de l'évaluation de la minocycline dans le traitement des hépatomes humains.\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : MT1-MMP, NANOS1, Hépatome, Autophagie, Inflammation, ConA, Minocyclin

The triple helix: 50 years later, the outcome

Triplex-forming oligonucleotides constitute an interesting DNA sequence-specific tool that can be used to target cleaving or cross-linking agents, transcription factors or nucleases to a chosen site on the DNA. They are not only used as biotechnological tools but also to induce modifications on DNA with the aim to control gene expression, such as by site-directed mutagenesis or DNA recombination. Here, we report the state of art of the triplex-based anti-gene strategy 50 years after the discovery of such a structure, and we show the importance of the actual applications and the main challenges that we still have ahead of us

Lawson criterion for ignition exceeded in an inertial fusion experiment

For more than half a century, researchers around the world have been engaged in attempts to achieve fusion ignition as a proof of principle of various fusion concepts. Following the Lawson criterion, an ignited plasma is one where the fusion heating power is high enough to overcome all the physical processes that cool the fusion plasma, creating a positive thermodynamic feedback loop with rapidly increasing temperature. In inertially confined fusion, ignition is a state where the fusion plasma can begin "burn propagation" into surrounding cold fuel, enabling the possibility of high energy gain. While "scientific breakeven" (i.e., unity target gain) has not yet been achieved (here target gain is 0.72, 1.37 MJ of fusion for 1.92 MJ of laser energy), this Letter reports the first controlled fusion experiment, using laser indirect drive, on the National Ignition Facility to produce capsule gain (here 5.8) and reach ignition by nine different formulations of the Lawson criterion

Neonatal exposure to high oxygen levels leads to impaired ischemia-induced neovascularization in adulthood

Abstract Adverse perinatal conditions can lead to developmental programming of cardiovascular diseases. Prematurely born infants are often exposed to high oxygen levels, which in animal models has been associated with endothelial dysfunction, hypertension, and cardiac remodeling during adulthood. Here we found that adult mice that have been transiently exposed to O2 after birth show defective neovasculariation after hindlimb ischemia, as demonstrated by impaired blood flow recovery, reduced vascular density in ischemic muscles and increased tissue damages. Ischemic muscles isolated from mice exposed to O2 after birth exhibit increased oxidative stress levels and reduced expression of superoxide dismutase 1 (SOD1) and vascular endothelial growth factor (VEGF). Pro-angiogenic cells (PACs) have been shown to have an important role for postnatal neovascularisation. We found that neonatal exposure to O2 is associated with reduced number of PACs in adults. Moreover, the angiogenic activities of both PACs and mature mouse aortic endothelial cells (MAECs) are significantly impaired in mice exposed to hyperoxia after birth. Our results indicate that neonatal exposure to high oxygen levels leads to impaired ischemia-induced neovascularization during adulthood. The mechanism involves deleterious effects on oxidative stress levels and angiogenic signals in ischemic muscles, together with dysfunctional activities of PACs and mature endothelial cells