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L'hypertension pulmonaire : au delà du poumon : signature épigénétique et métabolique des atteintes systémiques en hypertension pulmonaire


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Résumé:

L'hypertension pulmonaire (HP) est définie comme un état pathologique de l’élévation des pressions pulmonaires. L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), à laquelle se rattachent les premiers travaux de doctorat, est une vasculopathie obstructive caractérisée par une oblitération de la lumière des artères pulmonaires distales, conduisant à une augmentation des pressions pulmonaires (PAP), aboutissant à une dysfonction du ventricule droit (VD) qui est la cause majeure de mort de la pathologie. Cette pathologie, longtemps considérée comme purement pulmonaire, est maintenant associée à de nombreuses atteintes systémiques notamment au niveau du VD et du muscle squelettique expliquant l’impact restreint de la thérapeutique actuelle sur la survie et la tolérance à l’effort qui est le symptôme premier des patients HTAP. Par une étude translationelle basée sur l’utilisation d’échantillons humains, nous montrons au cours des chapitres II et III, la présence d’une atteinte systémique de l’angiogenèse, caractérisée par une diminution de la densité capillaire (immunofluorescence) au niveau des muscles squelettiques et des VD décompensés des patients HTAP. Ensuite, par une approche in vitro, menée à partir de culture primaire de cellules endothéliales (CE) extraites de quadriceps et de VD HTAP, nous démontrons la présence d’une dysfonction endothéliale, caractérisée par une altération du potentiel angiogénique (mesurée par test de matrigel) des CE de patients HTAP. Nous identifions ensuite, par immunoblot et q-PCR, le rôle central de l’axe miR126/SPRED1/ERK dans l’altération de l’angiogenèse décrite chez les patients HTAP. En accord avec ces observations, nous montrons que la sur-expression de miR-126 dans les CE malades est capable de rétablir un potentiel angiogénique sain. Finalement, par une approche in vivo, nous montrons que la modulation de miR-126 dans le muscle squelettique et le ventricule droit d’un modèle animal d’HTAP offre, via l’angiogenèse, une nouvelle approche thérapeutique dans l’amélioration de la tolérance à l’effort (expérience de tapis roulant) et de la fonction cardiaque (cathétérisme cardiaque droit en thorax fermé). Au cours des derniers travaux de ma thèse, présentés dans le chapitre IV de ce manuscrit, nous nous sommes intéressés à l’HP consécutive à une pathologie cardiaque gauche dite de groupe 2. Ce groupe représente la forme d’HP la plus fréquente qui, paradoxalement et par manque de modèle préclinique, est également l’une des moins étudiées. De façon intéressante, de récentes études épidémiologiques montrent une forte interconnexion entre le syndrome métabolique (SM) et l'insuffisance cardiaque avec l'éjection préservée (HFpEF), qui deux problèmes majeurs de santé publique dans les pays occidentaux, et l’HP de groupe 2. Au cours de mes travaux, nous avons, dans un premier temps, crée un nouveau modèle animal qui associe dysfonction diastolique (constriction de l’aorte) et SM (nourriture riche en gras, olanzapine), conduisant à l’établissement d’une HP de groupe 2 (cathétérisme cardiaque droit en thorax fermé) avec un remodelage vasculaire pulmonaire accru. Nous montrons ensuite que, chez ces animaux, l’HP est associée à une accumulation de gras viscéral et péricardique, une augmentation du taux sérique d’adipokines, ainsi qu’une augmentation de l’inflammation pulmonaire. Fonctionnellement, nous montrons que l’augmentation de la sécrétion leptine par le gras des animaux HP se traduit par l’activation de STAT3 (Phospho-STAT3) et une augmentation de la prolifération des cellules musculaires lisses des rats HP. Par une approche in vitro, nous montrons que l’activation de STAT3 induite par la leptine est associée, au niveau des cellules musculaires lisses, à une augmentation de la prolifération. Nous démontrons également que l’activation des macrophages induite par la leptine se traduit par une sécrétion accrue de cytokines inflammatoires. Finalement, nous démontrons que l’axe leptine/STAT3 joue un rôle majeur dans l’établissement et la progression de l’HP asssociée à l’HFpEF et au MS, en favorisant, notamment, la prolifération cellulaire et l’inflammation pulmonaire. Pour conclure, l’ensemble de ces travaux ont eu pour ambition de s’éloigner de l’étiologie classique de l’HP pour introduire les atteintes systémiques comme des altérations à part entière et des acteurs majeurs de l’établissement et la progression de la pathologie, qui se doivent d’être pris en compte par les thérapeutiques de demain.

Abstract:

Pulmonary hypertension (PH) is a pathological condition defined by an elevation of pulmonary pressures. Pulmonary arterial hypertension (PAH) is an obstructive vasculopathy characterized by obliteration of the lumen of the distal pulmonary arteries, leading to an increase of pulmonary arterial pressures (PAP), resulting in right ventricle (RV) failure, which is the major cause of death of the pathology. For a long time, this pathology was exclusively considered as a lung disease, but recent evidences clearly identified systemic impairments, notably in RV and skeletal muscle, in the disease. Interestingly, these observations might explain the limited impact of current therapy on survival and tolerance to exercise, which is the primary symptom Of PAH patients. Using a translational study based on the use of human samples, we show in Chapters II and III the presence of a systemic impairment of angiogenesis, characterized by a decrease in the capillary density (immunofluorescence), in skeletal muscles and decompensated RV of PAH patients. Then, using endothelial cells (EC) freshly extracted from quadriceps and RV of PAH patients we identified an endothelial dysfunction of PAH EC characterized by an impairment of agiogenic potential (measured in vitro by Matrigel assay). Next, using western blot (WB) and q-PCR we identified a key role of miR126 / SPRED1 / ERK axis in the alteration of angiogenesis described in skeletal muscle and RV of PAH patients. Consistent with these observations, we show that over-expression of miR-126 improves angiogenic potential of PAH EC. Finally, using an in vivo approach, we display that artificial modulation of miR-126 in skeletal muscle and RV of PAH animals, increases capillary density and improves exercise tolerance (treadmill experience) and cardiac function (right cardiac catheterization in closed chest). Taken together, these results suggest that miR-126 could represent a new therapeutic avenue in PAH. In chapter IV of this manuscript we were interested in PH due to left heart disease (PH-LHD), which is the most common cause of PH. Paradoxically, lack of good preclinical model precludes extensive investigation of PH-LHD that remains dramatically understudied. Interestingly, recent epidemiologic studies showed a strong interconnection between metabolic syndrome (MetS) and heart failure with preserved ejection (HFpEF), which are two major public health issues in Western countries, and HP Group 2. First part of the project was to develop a new animal model that combines HFpEF (supracoronary aortic banding, SAB) and MetS (high-fat food, olanzapine), leading to PH development (right cardiac catheterization in closed chest) with increased pulmonary vascular remodelling. Then using our model, we display that PH is associated with ectopic fat (peripheral and mediastinal fat), increased plasmatic leptin-levels, and raised of pulmonary inflammation. Functionally we displayed that increased leptin-secretion from adipocytes is associated with STAT3 phosphorylation and pulmonary arterial smooth muscle cells (PASMC) proliferation of PH animals. Using in vitro experiments, we demonstrated that STAT3-activation induced by leptin is associated with PASMC proliferation. We also showed that leptin induces inflammatory cytokines secretion from activated macrophages. Finally, we displayed that leptin/STAT3 pathway contributes to the development of PH associated with HFpEF and MetS. To conclude, these works aimed to move away from the classical etiology of PH and introduce systemic impairments as important actors of the development and progression of PH, that should be considered as a potential target in the upcoming therapeutics.

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Version 2.3