Transcript Targeting the Calpain/Calpastatin system to protect against hypoxia

Recherche en pneumologie
S. Adid a,∗ , F. Tomberli a , B. Maître a , E. Marcos a , A. Houssaïni a ,
G. Gary-Bobo a , E. Bastia b , A. Mekontso-Dessap a , S. Adnot a
a Inserm U 955, Département de Physiologie, CHU Henri-Mondor,
AP—HP, Créteil, France
b Nicox Research Institute, via Ariosto, Milan, Italy
∗ Corresponding author.
Adresse e-mail : [email protected] (S. Adid)
Keyword: Circulation
Introduction/Background.— Nitric oxide (NO) protects against
pulmonary vasoconstriction and pulmonary vascular remodeling,
mainly through its ability to induce cyclic guanosine monophosphate (cGMP) accumulation. Here, we investigated whether NCX
1443, a compound belonging to a new generation of NO donors,
could prevent development of hypoxia-induced chronic pulmonary
hypertension (PH) in wild-type (C57BL/6 J) and transgenic SAD mice
that mimic sickle cell disease (SCD).
Methods and results.— One hour after a single oral administration
of NCX 1443 (100 mg/kg), the pulmonary pressure response to acute
hypoxia in wild-type mice was completely suppressed and remained significantly suppressed after 6 hours. NCX 1443 given daily
by gavage for 21 days to mice exposed to chronic hypoxia (9% O2)
prevented PH, with a decrease in right ventricular (RV) systolic pressure, RV hypertrophy, and distal pulmonary artery muscularization,
in association with an increase in lung cGMP levels. In transgenic
SAD hypoxic mice developing similar degree of PH as in wild-type
mice, NCX 1443 led to significant protection against PH.
Conclusion.— NCX 1443 significantly mitigates the development of
hypoxia-induced PH in wild-type and SAD mice through vascular
remodeling effects.
http://dx.doi.org/10.1016/j.rmr.2014.04.047
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Implication de l’IL-1␤ et de la voie de
signalisation IL1R1/MyD88 dans la
physiopathologie de l’hypertension
artérielle pulmonaire (HTAP)
expérimentale
A. Parpaleix ∗ , A. Houssaini , M. Latiri , S. Abid , F. Wan ,
V. Amsellem , E. Marcos , S. Adnot
Inserm U955 (IMRB), UMR U955, faculté de médecine, université
Paris Est (UPEC), Créteil, France
∗ Auteur correspondant.
Adresse e-mail : [email protected] (A. Parpaleix)
Mots clés : Hypertension artérielle pulmonaire ; Inflammation
Introduction.— L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est liée
à un remaniement hypertrophique des vaisseaux pulmonaires. La
prolifération des cellules musculaires des artères pulmonaires (CMLAP) est un déterminant majeur des anomalies structurales de
cette maladie. L’implication de l’inflammation et de l’immunité
innée a été démontrée ces dernières années, mais les acteurs et
mécanismes mis en jeu restent pour la plupart encore à déterminer. L’interleukine-1␤ est une cytokine pro-inflammatoire dont la
concentration sérique est très augmentée chez les patients atteints
d’HTAP idiopathique. La voie de signalisation de l’IL-1␤ fait intervenir son récepteur, l’IL1-R1, et son co-récepteur, l’IL-1RAcP : leur
stimulation permet le recrutement de l’adaptateur moléculaire
MyD88 qui intervient dans la transduction du signal de l’IL1R1 mais
aussi des Toll-like Receptors (TLRs). Il en résulte une activation de
NFkB et la synthèse de molécules inflammatoires, principalement
IL-1, IL-6 et TNF␣.
Objectifs.— Déterminer le rôle de l’IL-1␤ et de MyD88 dans le développement de l’HTAP chez la souris en caractérisant leurs effets sur
la prolifération des CML-AP et sur le recrutement des macrophages
alvéolaires et péri-vasculaires.
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Méthodes.— Des souris témoins sont étudiées après une hypoxie
de 12 h, 48 h et 18 jours, traitées ou non traitées par l’Anakinra
(Kineret® ), inhibiteur compétitif de l’IL1-R1, comparées à des souris déficientes pour l’ILR1 et le Myd88 à 18 jours. Le recrutement des
macrophages alvéolaires et péri-vasculaires a été étudié par immunofluorescence. Les CML-AP de chaque lignée sont ensuite étudiées
in vitro.
Résultats.— L’exposition à l’hypoxie est associée à une augmentation initiale des ARNm et protéines de l’IL-1␤, de l’IL1-R1, de
Myd88 et d’IL-6. Les souris traitées par l’Anakinra, de fac
¸on similaire aux souris déficientes en IL1-R1 ou Myd88, sont partiellement
protégées contre l’HTAP hypoxique, en association à une réduction
diminution du recrutement des macrophages. L’IL-1␤ est un puissant facteur mitogène sur les CML-AP de souris témoins, sans effet
sur les CML-AP déficientes en ILR1 et Myd88.
Conclusions.— L’Il-1␤ participe au développement de l’HTAP expérimentale chez la souris. Les mécanismes semblent impliquer une
action mitogène directe sur es CML-AP et indirecte, médiée par les
macrophages pulmonaires.
http://dx.doi.org/10.1016/j.rmr.2014.04.048
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Targeting the Calpain/Calpastatin
system to protect against
hypoxia-induced pulmonary
hypertension in mice
F. Wan a,∗ , A. Houssaini a , S. Abid a , N. Mouraret a , D. Rideau a ,
B. Gellen a , E. Marcos a , V. Amsellem a , J.-L. Dubois-Rande a ,
E. Letavernier b , L. Baud b , S. Adnot a
a Inserm U 955, Département de Physiologie, CHU Henri-Mondor,
AP—HP, Créteil, France
b Inserm U 702, Département de Physiologie, Hôpital Tenon,
AP—HP, Paris, France
∗ Corresponding author.
Adresse e-mail : frankwf [email protected] (F. Wan)
Keywords: Pulmonary hypertension; Calpain; Inflammation
Introduction.— Calpains (calpain 1 and 2) are ubiquitously expressed
calcium-activated neutral cysteine proteases. To be active, calpain
1 requires micromolar and calpain 2 millimolar Ca2+ concentrations.
Calpain activity is inhibited by calpastatin, a specific endogenous inhibitor. Given recent studies highlighting a role for calpains
during experimental PH development, we investigated lung calpains
and PH severity using wild-type and transgenic mice constitutively
expressing high calpastatin levels (calpastatin + mice) during exposure to chronic hypoxia.
Methods and results.— Exposure to hypoxia was associated with
marked increases in lung calpain 1 and 2 protein levels, which
peaked on day 8 and remained elevated until day 18. Calpastatin
protein in the lungs increased earlier, from day 1 to day 3, and returned to basal levels on day 18. Calpain activity, whether intracellular
(as reflected by spectrin breakdown product) or extracellular (as
reflected by fibronectin breakdown product), was upregulated and
peaked on day 8 in wild-type mice then remained markedly inreased until day 18. Immunofluorescence studies revealed prominent
calpain 1 and calpain 2 staining in the media of remodeled vessels,
which co-localized with ␣-SMA staining. Calpastatin + mice exposed
to hypoxia exhibited lower lung calpain protein levels and activities and higher calpastatin protein levels than wild-type mice at all
time points. On day 18, calpastatin + mice had decreased PH severity
compared to wild-type mice, with lower values for right ventricular (RV) systolic pressure, RV hypertrophy, distal pulmonary artery
muscularization, and vascular Ki67-positive cells. Studies of cultured pulmonary artery smooth muscle cells derived from wild-type
and calpastatin+ mice revealed decreased proliferative and migratory capacities of cells from calpastatin+ mice compared to cells
from wild-type mice.
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Conclusion.— Our data indicate that calpains play an important
role in the pathogenesis of hypoxia-induced PH. Further investigations are needed to decipher the specific roles for intracellular
vs. extracellular calpain activities, in order to more specifically
evaluate therapeutic strategies targeting calpains during PH progression.
Conclusion.— Osteopontin appears as a major matricellular protein
involved in pulmonary vascular remodeling associated with PA-SMC
senescence in patients with COPD.
http://dx.doi.org/10.1016/j.rmr.2014.04.049
Implication de la transition
endothéliale mésenchymateuse dans
l’hypertension artérielle pulmonaire
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Senescent Pulmonary-Artery Smooth
Muscle Cell (PA-SMC)-derived
osteopontin promotes PA-SMC
proliferation in chronic obstructive
pulmonary disease
M. Saker a,∗ , S. Abid a , M. Alifano b , H. Noureddine a ,
G. Gary-Bobo a , V. Amsellem a , B. Maître a , N. Vienney a ,
C. Chouaid b , J.-L. Dubois-Rande a , D. Damotte b , E. Marcos a ,
S. Adnot a
a Inserm U 955, Département de Physiologie, CHU Henri-Mondor,
AP—HP, Créteil, France
b Service d’Anatomopathologie, Hôtel-Dieu, Paris, France
∗ Corresponding author.
Adresse e-mail : [email protected] (M. Saker)
Keyword: Circulation
Background.— In previous studies, remodeled vessels from patients
with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) were paradoxically characterized by a combination of elevated senescent-cell
counts and of an increased proportion of proliferating cells.
Senescent cells were virtually confined to the media, whereas
proliferating cells predominated in the neointima and hypertrophied media, supporting the concept that several PA-SMC subsets
work in combination and participate in the remodeling process.
Senescent cells are still metabolically active and secrete numerous factors, including extracellular matrix (ECM) components.
We undertook this study to identify ECM proteins released from
senescent cells and directly responsible for stimulating PA-SMC
growth.
Methods and results.— Using lung specimens from 8 patients with
COPD and 8 age- and sex-matched control smokers, we studied
derived cultured PA-SMCs and their susceptibility to replicative
senescence. PA-SMCs from patients with COPD exhibited accelerated senescence, with fewer cell-population doublings and an
increased percentage of ␤-galactosidase-positive cells at an early
cell passage, compared to PA-SMCs from controls. Using functional and proteomic analysis of cultured PA-SMCs, we identified
osteopontin as one of the most markedly elevated ECM proteins
released from senescent PA-SMCs. The medium of senescent PASMCs was more potent in stimulating PA-SMC growth than the
medium of presenescent cells. Neutralizing antibodies to osteopontin markedly reduced PA-SMC proliferation induced by PA-SMC
culture media, whereas weaker effects were seen with neutralizing antibodies to fibronectin, laminin. Differences in PA-SMC
proliferation induced by culture cell media from patients with
COPD and controls were no longer observed in the presence of
osteopontin-neutralizing antibodies. Replicative PA-SMC senescence
was associated with marked expression of both intracellular and
extracellular forms of osteopontin, which was higher in PA-SMCs
from patients with COPD than in those from controls at an early
cell passage. Osteopontin protein levels were also higher in lung
extracts from patients with COPD than from controls. Immunohistochemical analysis revealed prominent osteopontin staining in
remodeled pulmonary vessels, which correlated closely with the
degree of pulmonary vessel wall hypertrophy and in situ PA-SMC
senescence criteria.
http://dx.doi.org/10.1016/j.rmr.2014.04.050
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B. Ranchoux a,∗ , C. Rucker-Martin a , C. Pechoux b , H.J. Bogaard c ,
P. Dorfmüller a , N. Raymond a , S. Cohen-Kaminsky a , M. Humbert a ,
F. Perros a
a Inserm UMR-S 999, centre chirurgical Marie-Lannelongue,
université Paris Sud XI, Le Plessis-Robinson, France
b Inra U1196, génomique et physiologie de la lactation, plateau de
microscopie électronique à transmission, Jouy-en-Josas, France
c VU University Amsterdam, Pulmonary Medicine, Amsterdam,
Pays-Bas
∗ Auteur correspondant.
Adresse e-mail : [email protected] (B. Ranchoux)
Mot clé : Circulation
Introduction.— L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) se
caractérise par une obstruction progressive du lit vasculaire
pulmonaire précapillaire. Les lésions typiques de l’HTAP (néomuscularisation des artérioles distales, hypertrophie médiale, lésion
intimale et lésion plexiforme) se composent en grande partie de
cellules exprimant l’␣-actine du muscle lisse (␣-SMA). L’origine de
ces cellules est encore débattue. Nous pensons qu’elles pourraient
provenir en partie d’une transition endothéliale mésenchymateuse
(EndoMT). Cette transition se caractérise par une perte des contacts
entre cellules endothéliales, d’une migration et d’une perte de
leurs marqueurs spécifiques ainsi qu’un gain progressif d’un phénotype mésenchymateux.
Méthodes.— Une caractérisation phénotypique des cellules constituant les lésions d’HTAP a été menée sur des tissus issus de
poumons explantés d’HTAP, en prenant comme référence des poumons témoins pris à distance de foyers cancéreux : mise en évidence
des cellules exprimant un phénotype endothélial (CD31, CD34, VWF,
endocan) et de celles exprimant un phénotype mésenchymateux
(␣-SMA et vimentine). L’EndoMT impliquant la perte des contacts
entre cellule endothéliale pour permettre leur migration, nous
avons également étudié les molécules de jonction VE-cadherin et
CD31. Nous avons également mené nos investigations à l’échelle
ultrastructurale par microscopie corrélative associant analyse en
immunofluorescence et analyse en microscopie électronique. Nous
avons enfin étudié la participation de l’EndoMT dans le modèle
expérimental reproduisant le plus fidèlement les lésions humaines
(Exposition de rats au Sugen et à l’hypoxie chronique [FiO2 = 10 %],
modèle SuHx).
Résultats.— Contrairement aux artères témoins, nous avons
trouvé dans les artères remodelées d’HTAP, une persistance
d’un phénotype endothéliale dans les cellules des couches sousendothéliales qui expriment également l’␣-SMA et la vimentine.
Nous avons observé dans les lésions pléxiforme et intimale, que
ces cellules présentent une perte des spots de VE-cadherine, puis
une perte rapide du VWF et une plus progressive de l’expression
de CD34 et d’endocan associée à une expression progressive
de la vimentine et ␣-SMA. Ces observations ont été confirmées
par microscopie corrélative. Enfin, nous avons observé une
EndoMT exhubérante dans le modèle SuHx, mettant en évidence
que ce phénomène physiopathologique participe également
au remodelage vasculaire pulmonaire sévère de ce modèle
d’HTP.
Conclusion.— Nous avons mis en évidence le phénomène d’EndoMT
in situ dans les artères matures et son implication dans