Métabolisme du fer : de la régulation à la thérapie

Iron is essential for all living organisms. However, iron levels need to be tightly regulated as excess iron is toxic, and iron deficiency causes anemia. As there is no active mechanism to excrete iron from the body, iron stores are regulated through its absorption. Hepcidin is the main regulator of iron homeostasis. It is secreted by the liver, and binds to ferroportine on enterocytes and macrophages surface to induce its degradation, thus block iron absorption and release into the bloodstream. Hepcidin expression is reduced by Matriptase-2, a serine protease expressed by hepatocytes. Dysregulation of iron homeostasis is associated with numerous pathologies. During this thesis, we first focused on Non Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD). NAFLD is considered to be the hepatic affliction of metabolic syndrome. It affects more than 80% of obese patients, thus around 25% of the world's population. NAFLD is characterized by lipid accumulation in the liver and is iron is associated with the pathology. Indeed, it was observed in various cohorts that iron deposition in hepatic cells (hepatocytes and/or macrophages) was observed in around 30% of patients, and that this is associated with a more severe stage of the disease, and an accelerated transition towards Non Alcoholic Steatohepatitis (NASH). NASH is associated with liver inflammation, cellular damage and various levels of fibrosis. All current studies linking iron and NAFLD are based on correlation, thus our goal was to determine if iron is really an aggravating factor for the disease. To do so, transgenic mice presenting iron deposition in hepatocytes or in macrophages were fed with a high fat diet (HFD), and we measured hepatic steatosis and obesity development. In our model, we were not able to demonstrate that iron in macrophages leads to an accelerated transition towards NASH. However, we observed that iron retention in hepatocytes may in the contrary be protective for steatosis and weight gain. Secondly, it was demonstrated that Matriptase-2 deficiency in mice protects from the development of steatosis and diabetes after a HFD. Matriptase-2 deficiency leads to high hepcidin expression and severe microcytic anemia. We fed Matriptase-2 knockout mice a HFD during 4 months, and demonstrated that they become obese and develop steatosis, but are more glucose tolerant than their WT counterparts. We also found that white and brown adipose tissues undergo major histological changes in Matriptase-2 knockout mice, probably allowing for better glucose clearance. Finally, we conducted a study on a novel bêta-thalassemia treatment. bêta-thalassemia is an hemoglobinopathy characterized with defects of bêta-globin production. In this disease, the erythropoietic stress caused by the anemia leads to an inhibition of hepcidin expression, which in turns causes an important iron overload because of ineffective erythropoiesis. We tested a new inhibiting antibody targeting Matriptase-2 in order to induce hepcidin expression in bêta-thalassemic mice, and thus decrease iron overload. We found that this treatment was efficient to reduce iron loading in 7 weeks, and that association with an erythropoiesis stimulating agent effectively corrected the anemia in thalassemic mice. In conclusion, this thesis will allow for a better comprehension and further investigation of the role of iron on the pathophysiology of NAFLD. We also uncovered Matriptase-2 inhibition as a possible therapeutic strategy against diabetes development. Finally, we developed a new treatment for bêta-thalassemia, with the use of an inhibiting antibody targeting Matriptase-2 to reduced iron loading in association with RAP-736L to ameliorate erythropoiesis.Le fer est un élément essentiel pour tous les organismes vivants. La quantité de fer doit être finement régulée, un excès de fer étant toxique, tandis qu'une carence en fer conduit à une anémie. Il n'existe aucun mécanisme actif d'excrétion du fer, et sa régulation se fait donc au niveau de son absorption. L'hepcidine est la principale régulatrice de l'homéostasie du fer. Elle est sécrétée par les hépatocytes, et se lie à la ferroportine des macrophages et des entérocytes entrainant sa dégradation, et empêchant ainsi l'absorption du fer. L'expression de l'hepcidine est inhibée par la Matriptase-2, une protéase à sérine exprimée par les hépatocytes. Les dérégulations de l'homéostasie du fer sont associées à de nombreuses pathologies. Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés à la stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD). Cette maladie affecte plus de 80 % des patients obèses, soit environ 25 % de la population mondiale. Elle est caractérisée par une accumulation de lipides dans le foie. On retrouve des dépôts de fer dans les cellules hépatiques (hépatocytes et/ou macrophages) dans près de 30 % des patients, et ces dépôts sont corrélés avec une aggravation de la pathologie, avec une transition accélérée vers la stéatohépatite (NASH). La NASH est caractérisée par une inflammation hépatique, des dommages cellulaires et des niveaux variés de fibrose. Ces études établissant uniquement des liens corrélatifs, nous avions pour but de déterminer si le fer constituait réellement un facteur aggravant dans cette pathologie. Pour cela, nous avons nourri avec un régime gras (HFD) des souris présentant des dépôts de fer dans les hépatocytes ou dans les macrophages. Nous avons ensuite étudié le développement de la NAFLD/NASH et de l'obésité dans ces souris. Dans nos modèles, nous n'avons démontré aucun lien entre les dépôts de fer dans les macrophages et la transition vers la NASH. De façon intéressante, nous avons pu montrer que les dépôts de fer dans les hépatocytes semblaient protecteurs contre le développement de la stéatose et de l'obésité au cours du HFD. Dans un second temps, nous avons souhaité vérifier l'affirmation selon laquelle l'absence de Matriptase-2 chez la souris protégeait du développement de l'obésité et du diabète après un HFD. L'absence de Matriptase-2 conduit à une surexpression de l'hepcidine et à une anémie microcytaire sévère. Nous avons donc nourri des souris Matriptase-2 KO avec un régime gras pendant 4 mois, et nous avons démontré qu'elles deviennent obèses et développent une stéatose hépatique, mais semblent plus tolérantes au glucose que les souris WT. Nous avons également observé que les tissus adipeux blanc et brun des souris Matriptase-2 KO est morphologiquement différent de celui des WT. Enfin, nous avons réalisé une étude pour évaluer un nouveau traitement pour la bêta-thalassémie, une maladie caractérisée par des défauts de production de la chaîne de bêta-globine. Dans cette maladie, le stress érythropoïétique causé par l'anémie entraine une diminution de l'expression de l'hepcidine, qui à son tour conduit à une surcharge en fer. Nous avons testé un nouvel anticorps inhibiteur de la Matriptase-2 afin d'induire l'expression de l'hepcidine dans la bêta-thalassémie, et donc de diminuer la surcharge en fer. Ce traitement est efficace dès 7 semaines d'administration, et l'association avec un agent stimulateur de l'érythropoïèse corrige également l'anémie des souris bêta-thalassémiques. En conclusion, cette thèse va permettre une meilleure compréhension, et ouvrir la voie à de nouveaux travaux pour comprendre le rôle du fer dans la physiopathologie de la NAFLD. Nous avons également découvert la possibilité d'utiliser l'inhibition de la Matriptase-2 comme une possible stratégie thérapeutique pour ralentir le développement du diabète. Enfin, nous avons développé un nouveau traitement pour la bêta-thalassémie, qui pourrait améliorer la survie des patients

A human anti-matriptase-2 antibody limits iron overload, α-globin aggregates, and splenomegaly in β-thalassemic mice

International audienceAbstract Iron plays a major role in the deterioration of β-thalassemia. Indeed, the high levels of transferrin saturation and iron delivered to erythroid progenitors are associated with production of α-globin precipitates that negatively affect erythropoiesis. Matriptase-2/TMPRSS6, a membrane-bound serine protease expressed in hepatocytes, negatively modulates hepcidin production and thus is a key target to prevent iron overload in β-thalassemia. To address safety concerns raised by the suppression of Tmprss6 by antisense oligonucleotides or small interfering RNA, we tested a fully human anti-matriptase-2 antibody, RLYB331, which blocks the protease activity of matriptase-2. When administered weekly to Hbbth3/+ mice, RLYB331 induced hepcidin expression, reduced iron loading, prevented the formation of toxic α-chain/heme aggregates, reduced ros oxygen species formation, and improved reticulocytosis and splenomegaly. To increase the effectiveness of RLYB331 in β-thalassemia treatment even further, we administered RLYB331 in combination with RAP-536L, a ligand-trapping protein that contains the extracellular domain of activin receptor type IIB and alleviates anemia by promoting differentiation of late-stage erythroid precursors. RAP-536L alone did not prevent iron overload but significantly reduced apoptosis in the erythroid populations of the bone marrow, normalized red blood cell counts, and improved hemoglobin and hematocrit levels. Interestingly, the association of RLYB331 with RAP-536L entirely reversed the β-thalassemia phenotype in Hbbth3/+ mice and simultaneously corrected iron overload, ineffective erythropoiesis, splenomegaly, and hematological parameters, suggesting that a multifunctional molecule consisting of the fusion of RLYB331 with luspatercept (human version of RAP-536L) would allow administration of a single medication addressing simultaneously the different pathophysiological aspects of β-thalassemia

New insights into the genetic etiology of Alzheimer’s disease and related dementias

Characterization of the genetic landscape of Alzheimer’s disease (AD) and related dementias (ADD) provides a unique opportunity for a better understanding of the associated pathophysiological processes. We performed a two-stage genome-wide association study totaling 111,326 clinically diagnosed/‘proxy’ AD cases and 677,663 controls. We found 75 risk loci, of which 42 were new at the time of analysis. Pathway enrichment analyses confirmed the involvement of amyloid/tau pathways and highlighted microglia implication. Gene prioritization in the new loci identified 31 genes that were suggestive of new genetically associated processes, including the tumor necrosis factor alpha pathway through the linear ubiquitin chain assembly complex. We also built a new genetic risk score associated with the risk of future AD/dementia or progression from mild cognitive impairment to AD/dementia. The improvement in prediction led to a 1.6- to 1.9-fold increase in AD risk from the lowest to the highest decile, in addition to effects of age and the APOE ε4 allele