Réparation alvéolaire et emphysème pulmonaire : rôle des systèmes d’alvéologénèse, Alveolar repair and pulmonary emphysema : implication of alveologenesis systems

De
Publié par

Sous la direction de Bruno Crestani, Jorge Boczkowski
Thèse soutenue le 29 octobre 2008: Paris Est
Les mécanismes de l’emphysème pulmonaire, caractérisé par la destruction des alvéoles pulmonaire, sont incomplètement connus. L’hypothèse défendue par cette thèse est qu’une altération des systèmes d’alvéologénèse et de réparation alvéolaire portés par les fibroblastes pulmonaires contribue au développement des lésions au cours de cette maladie. Les travaux présentés ici ont permis d’établir que les fibroblastes pulmonaires cultivés in vitro à partir de poumon emphysémateux présentaient un phénotype altéré dans le sens d’une perte de leur capacité à participer à la régénération et à la réparation des alvéoles : Ces cellules sécrétaient à un niveau faible ou non stimulable le Hepatocyte Growth Factor et le Keratinocyte Growth Factor (KGF), qui ciblent les cellules épithéliales et endothéliales de l’alvéole. De plus, l’expression par ces cellules de l’élastine, le composant majeur de la matrice extracellulaire pulmonaire, n’était pas induite par l’acide tout-trans rétinoïque, stimulus central de l’alvéologénèse, du fait d’une faible expression de Cellular Retinoic Acid Binding Protein 2 (CRABP2). Le rôle du KGF dans l’homéostasie de l’alvéole a été démontré dans le modèle d’emphysème induit par l’élastase in vivo : Les souris traitées par le KGF avant l’instillation d’élastase étaient protégées de l’emphysème. Les souris dont le gène de CRABP2 était inactivé de façon globale n’étaient pas sensibilisées vis-à-vis de l’emphysème dans ce modèle. Les données physiopathologiques présentées dans ce mémoire pourraient contribuer à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour l’emphysème.
-Emphysème
-BPCO
-Réparation
-Alvéologénèse
-Fibroblastes
-Facteurs de croissance
-Rétinoïdes
The mechanisms of pulmonary emphysema, characterized by the destruction of alveolar walls, remain incompletely understood. Our hypothesis is that a deficiency in fibroblast-borne alveolar repair systems accounts partly for the constitution of lesions in this disease. In our experiments, we show that fibroblasts isolated in vitro from human emphysematous lung express the Hepatocyte Growth Factor and the Keratinocyte Growth Factor (KGF), which target alveolar epithelial and endothelial cells, at low or unstimulable levels. Additionally, emphysema fibroblasts did not increase their expression of elastin, the main component of the pulmonary extracellular matrix, in response to retinoic acid, due to a low expression of Cellular Retinoic Acid Binding Protein 2 (CRABP2). The role of KGF In alveolar homeostasis was demonstrated in vivo in the elastase-induced emphysema model: Mice treated with KGF before elastase instillation were protected against emphysema. CRABP2- knockout mice were not protected against emphysema in this model. Our pathophysiological data may help in the identification of novel therapeutic targets for emphysema.
-Emphysema
-COPD
-Repair
-Alveologenesis
-Fibroblasts
-Growth factors
-Retinoids
Source: http://www.theses.fr/2008PEST0056/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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Académie de Créteil
Université Paris XII-Val de Marne
Thèse de doctorat
Sciences de la Vie et de la Santé
Présentée par
Laurent Plantier
Réparation alvéolaire et emphysème pulmonaire :
Rôle des systèmes d’alvéologénèse
Thèse dirigée par le
Dr Jorge Boczkowski et le Pr Bruno Crestani
Soutenue le 29 octobre 2008
Rapporteurs : Pr Guy Brusselle
Dr Jean-Michel Sallenave
Examinateurs : Dr Azzaq Belaaouaj
Dr Jacques Bourbon
Pr Christine Clérici
Pr Bernard Maître1
Cette thèse est dédiée à Béatrice, Claire et Aline.
1Remerciements
A Azzaq Belaaouaj, Jacques Bourbon, Guy Brusselle, Christine Clérici, Bernard Maître et
Jean-Michel Sallenave, qui ont accepté de participer au jury de cette thèse en tant que
rapporteurs ou examinateurs. Qu’ils soient remerciés pour leur disponibilité.
A Jorge Boczkowski et Bruno Crestani, mes directeurs de thèse, qui ont orienté et
encouragé mes efforts. Je leur dois l’essentiel de ma formation scientifique.
Au Pr Michel Fournier, qui m’a orienté il y a quelques années vers la réalisation d’un DEA, ce
dont je peux le remercier chaque jour.
Au Pr Hervé Mal et aux Drs Giuseppina Biondi, Olivier Brugière, Gaëlle Dauriat, Gilles
Jebrak, Anne-Cécile Métivier ainsi qu’aux autres membres passés ou présents du service de
pneumologie de Beaujon puis de Bichat.
A Joëlle Marchal, pivot de l’unité INSERM 700, sans l’aide de qui un dixième peut-être d es
résultats présentés dans ce mémoire n’aurait jamais vu le jour…
A tous les autres membres de l’unité INSERM 700, qui ont partagé avec moi la vie trépidante
de la recherche biomédicale, alternance de moments de noir découragement, d’insouciance
tranquille et d’euphorie absolue. Citons, dans le désordre et en essayant de n’oublier
personne, Sophie Lanone, Séverine Létuvé, Delphine Goven, Fabienne Prost, Mathieu
Desmard, Christophe Quesnel, Laurent Nardelli, Raphaël Borie, Delphine El Mehdi, An ne
Druihle, Rafik Bachoual, Sophie Pégorier, Marielle Maret, Nassim Arouche, Nadia Amara,
Camille Taillé, Arnaud Mailleux, Paul Soler, Monique Dehoux. Merci à Sylvain Marchand-
Adam qui m’a mis le pied à l’étrier au laboratoire. Mention spéciale à Laurent Boyer !
Aux directeurs de l’unité INSERM 408 puis 700, le Pr Michel Aubier et le Dr Marina Pretolani,
qui m’ont accueilli dans leur département.
A Cécile Rochette-Egly, pour son aide indispensable, épistolaire et matérielle.
Au Pr Juan-Jose Poderoso et aux Drs Maria Cecilia Carreras et Valeria Antico, collègues
antipodaux, pour des conversations si riches et une démonstration brillante d’ouverture
d’esprit, d’inspiration scientifique, de rigueur analytique et d’esprit latin.
Table des matières
1.Introduction
1.1Dé.finition de l’emphysème pulmonaire
1.2E.volution spontanée, épidémiologie
1.3.Absence de traitement curatif
1.4P.résentation du texte d’introduction
2. Première partie : Etiologie de l’emphysème pulmonaire
2.1F.acteurs exogènes
2.1.T1 o.xiques inhalés
2.1.1F.u1m.ée de cigarette
2.1.1A.u2tr.es toxiques inhalés : Particules métalliques
2.1.T2o.xicomanie intraveineuse
2.1.I3n.fection par le VIH
2.1.M4al.nutrition
2.2.Facteurs endogènes
2.2.P1at.hologies génétiques directement associées à l’emphysème
2.2.1.Pa1th.ologies des inhibiteurs des sérine protéases : Déficit en alpha-1-
antitrypsine
2.2.1.Pa2th.ologies du tissu conjonctif
2.2.1.2S.y1nd.rome de Marfan
2.2.1.2sy.n2d.rome d’Ehlers-Danlos
2.2.1.2Cu. ti3.s Laxa
2.2.1.Va3scu.larite urticariante hypocomplémentémique
2.2.P2o.lymorphismes génétiques associés au développement de l’emphysème chez
les fumeurs
2.2.2.P1ol.ymorphismes associés à la BPCO
2.2.2.P2o.lymorphismes directement associés à l’emphysème
3. Deuxième partie : Mécanismes physiopathologiques concourant à la destruction des
structures alvéolaires au cours de l’emphysème
3.1.Déséquilibre de la balance protéases/antiprotéases
3.1.1Pr.otéases
3.1.1.S1é.rine protéases
3.1.1.1El.a1st.ase leucocytaire
3.1.1.1Pr.o2té.inase 33.1.1.Cy2st.éine protéases : Cathepsines
3.1.1.Mé3.tallo protéases matricielles
3.1.1.3M.M1P.-1
3.1.1.3M.M2P.-2
3.1.1.3M.M3.P-9
3.1.1.3M.M4P.-12
3.1.1.3I.n5hi.biteurs des MMP
TIMP
α-2-macroglobuline
3.2.Réaction inflammatoire chronique
3.2.1Ce.llules impliquées
3.2.1.M1acro. phages
3.2.1.P2o.lynucléaires neutrophiles
3.2.1.L3y.mphocytes T et B
3.2.1.Ce4l.lules dendritiques
3.2.2A.uto-entretien de la réaction inflammatoire
3.2.2.A1cti.vité chimiotactique des fragments d’élastine
3.2.2.A2u.to-immunité
3.2.2.D3i.minution du nombre de lymphocytes T régulateurs dans le poumon
emphysémateux
3.2.2.N4i.trosylation de l’histone déacétylase
3.3.Excès d’espèces réactives de l’oxygène dans le poumon
3.3.1N.ature et source des espèces réactives de l’oxygène dans le poumon
emphysémateux
3.3.1.S1o.urces cellulaires de l’anion superoxyde au niveau pulmonaire
3.3.1.S2.ources moléculaire de l’anion superoxyde dans la cellule
3.3.2P.articipation des radicaux libres de l’oxygène au développement de
l’emphysème
3.3.2.1Ex.cès d’espèces réactives de l’oxygène dans le poumon au cours de la
BPCO
3.3.2.2E.xpression pulmonaires des systèmes antioxydants dans l’emphysème :
Données contradictoires
3.3.2.3R.ôle de l’excès d’espèces réactives de l’oxygène dans l’emphysème
3.3.2.3.L1’e. xcès d’espèces réactives de l’oxygène contribue au
développement de l’emphysème
3.3.2.3.D2o.nnées contradictoires
3.4.Modifications de la viabilité des cellules résidentes de l’alvéole3.4.1Ap.optose
3.4.1.Dé1te.ction de cellules apoptotiques dans le poumon emphysémateux
3.4.1.Rô2l.e discuté de l’apoptose des cellules alvéolaires
3.4.1.2L.’a1po.ptose des cellules de l’alvéole pourrait jouer un rôle central a u
cours de l’emphysème
3.4.1.2M.é2can.ismes de l’apoptose dans le poumon emphysémateux
humain : Rôle du Placenta Growth Factor
3.4.1.2L.’a3p.optose des cellules de l’alvéole pourrait être un épiphénomèn e
au cours de l’emphysème
L’apoptose n’est pas spécifique de l’emphysème
Rôle de l’anoïkis
Excès d’apoptose ou défaut d’efférocyto se?
3.4.2S .énescence des cellules résidentes de l’alvéole
3.5.Emphysème centro-lobulaire : Continuité des lésions entre les territoi res
bronchiolaire et alvéolaire
4. Troisième partie : Défaut de régénération alvéolaire au cours de l’emphysème
4.1L.a régénération alvéolaire est possible chez les mammifères adultes
4.1.A1lvé. ologénèse à l’âge adulte dans les espèces à croissance continue
4.1.1 A.l1vé . ologénèse après déplétion alvéolaire diffuse
4.1.1 A.l2vé.ologénèse après résection chirurgicale de parenchyme pulmonaire
4.1.A2l.véologénèse dans les espèces à croissance interrompue
4.1.2A.l1vé.ologénèse post-pneumonectomie chez le chien
4.1.2A.l2vé.ologénèse post-pneumonectomie chez l’homme
4.1.M3é.canismes de la régénération alvéolaire, rôle des fibroblastes
4.1.3.Ce1ll.ules impliquées
4.1.3.1Ce.l1lu.les d’origine extra-pulmonai :re Cellules souches d’origi ne
hématopoïétique
4.1.3.1Ce.l2l.ules d’origine locale
Cellules épithéliales et endothéliales
Cellules souches locales
Pneumocytes de type 2
Sous-populations de cellules de Clara, cellules souches bronchiolo-
alvéolaires
Fibroblastes alvéolaires
Les fibroblastes alvéolaires produisent la matrice extracellulaire du
poumonLes fibroblastes alvéolaires participent aux interactions intercellulaire s
dans le poumon
4.1.3.S2t.imulus et inhibiteurs de l’alvéologénèse dans le poumon adulte
4.1.3.2F.acte1u.rs mécaniques
4.1.3.2F.acte2u.rs solubles
Facteurs de croissance
Hepatocyte Growth Factor (HGF)
Keratinocyte Growth Factor (KGF)
Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)
Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1)
Platelet Derived Growth Factor (PDGF)
Ligands des récepteurs nucléaires
Hormones corticotropes
Oestrogènes
Acide rétinoïque
Rôle de la NO synthase endothéliale
4.1.3.2F.acte3.urs de transcription, rôle de HIF-1α
4.1.3.Mé3.canismes structuraux de l’alvéologénèse dans le poumon mature :
Hypothèses
4.1.3.3A.l1 vé.ologénèse avant la maturation microvasculaire du poumon
4.1.3.3A.l2vé. ologénèse faisant suite à la maturation microvasculaire du
poumon
4.2L.a fumée de cigarette réprime des fonctions fibroblastiques impliquées dans la
régénération alvéolaire
4.2.L1a . fumée de cigarette est cytotoxique envers les fibroblastes pulmonaires et
induit leur sénescence précoce
4.2.A2l.térations fonctionnelles des fibroblastes pulmonaires induites par la fumé e de
cigarette
4.2.3.L’exposition à la fumée de cigarette inhibe-t-elle l’alvéologéinè sevi vo ?
4.3.Phénotype anormal des fibroblastes dans le poumon emphysémateux humain
4.3.1.Données in vivo
4.3.2.Données in vitro
4.3.2.S1é.nescence précoce des fibroblastes alvéolaires
4.3.2.A2l.térations fonctionnelles
4.4P. erte de la capacité d’alvéologénèse chez le rat dans le modèle d’emphysème induit
par l’élastase4.5L.’activation des systèmes d’alvéologénèse est un objectif thérapeutique
envisageable dans le poumon emphysémateux
4.5.R1ég.énération alvéolaire induite par l’acide rétinoïque tout-trans (ATRA)
4.5.R2é.génération alvéolaire induite par la simvastatine
4.5.R3é.génération alvéolaire induite par le HGF
4.5.R4ég.énération alvéolaire induite par l’adrénomédulline
4.5.T5h.érapie cellulaire
5. Hypothèses et objectifs du travail
5.1H.ypothèses
5.2O.bjectifs
5.2.1.Etude ex vivo
5.2.2.Etude in vivo
6. Résultats ex vivo
6.1 .Défaut de production d’HGF par les fibroblastes d’emphysème
6.1.O1bj.ectifs et méthodes
6.1.R2é.sultat complémentaire : Aspect en culture des fibroblastes de poumon sain et
de poumon emphysémateux
6.1.Di3.scussion
6.1.3.Di1scussi.on des méthodes
6.1.3.Di2scu.ssion des résultats
6.2. Dérégulation de l’expression de l’élastine par les fibroblastes d’emphysème : Rôle
de Cellular Retinoic Acid Binding Protein 2
6.2.O1b.jectifs et méthodes
6.2.R2é.sultats complémentaires
6.2.2.E1xp.ression de CRABP2 dans les fibroblastes de poumon atteint de fibrose
pulmonaire idiopathique
6.2.2.2.Expression de CRABP2 dans le poumon in vivo
6.2.2.2E.x1pr.ession de l’ARNm de CRABP2 dans l’homogénat de poumon
total
6.2.2.2D.ét2ect.ion de la protéine CRABP2 par immunohistochimie dans le
poumon
6.2.D3i.scussion
6.2.3.D1iscu.ssion des méthodes
6.2.3.D2i.scussion des résultats6.2.3.2.S1yn.thèse des résultats
6.2.3.2.CR2A.BP2 est nécessaire à l’induction par l’ATRA de l’expression de
l’élastine mais non de RAR-β dans les fibroblastes pulmonaires
6.2.3.2.Fa3i.ble expression de CRABP2 dans les fibroblastes de poumon
emphysémateux
6.2.3.2.4.La faible expression de CRABP2 était limitée aux fibroblastes
cultivés in vitro à partir de poumon emphysémateux
7. Résultats in vivo
7.1L.e KGF prévient l’emphysème induit par l’instillation trachéale d’élastase chez la
souris
7.1.O1bj.ectifs et méthodes
7.1.R2é.sultats complémentaires
7.1.2.S1ou.ris traitées par le KGF de J0 à J8 post-instillation
7.1.2.Co2n.tenu pulmonaire en malone dialdéhyde
7.1.2.Ex3.pression pulmonaire de l’ARNm du KGF
7.1.2.Ex4p.ression pulmonaire des ARNm des NO synthases
7.1.Di3.scussion
7.1.3.Di1scussi.on des méthodes : Modèle d’emphysème induit par l’instill ation
trachéale d’élastase
7.1.3.Di2scu.ssion des résultats
7.1.3.2S.y1n.thèse des résultats
7.1.3.2L.e2 .KGF protège de l’emphysème induit par l’élastase mais n’induit
pas d’alvéologénèse compensatoire
7.1.3.2A.bse3.nce d’augmentation de l’expression pulmonaire du KGF dans le
poumon emphysémateux
7.1.3.2A.bse4n.ce d’apoptose des cellules de l’alvéole après instillation
d’élastase
7.2. Rôle de CRABP2 in vivo dans le modèle d’emphysème induit par l’élastase
7.2.O1b.jectifs
7.2.M2é.thodes
7.2.R3.ésultats
7.2.3.L1’e.xpression pulmonaire de CRABP2 est durablement diminuée après
une instillation trachéale d’élastase chez les souris sauvages
7.2.3.L2’.emphysème induit par l’élastase n’était pas aggravé chez les souris de
génotype CRABP2-/-
7.2.D4i.scussion7.2.4.Di1m.inution de l’expression pulmonaire de CRABP2 dans le poumon des
souris exposées à l’élastase
7.2.4.Ab2sen.ce d’inactivation conditionnelle de CRABP2 dans les fibroblastes
pulmonaires
7.2.4.Ab3se.nce de traitement par l’acide rétinoïque exogène
8. Discussion générale, perspectives
8.1A.ltération des systèmes d’alvéologénèse impliquant les fibroblastes pulmonai res
dans le poumon emphysémateux humain
8.2. Implication d uKGF et de CRABP2 dans le poumon adulte emphysémateux in vivo
chez l’animal
8.2.I1m.plication du KGF ?
8.2.I2m.plication de CRABP2 ?
8.3.Conséquences en termes de projets thérapeutiques pour l’homme
8.3.1L.es cibles potentielles pour un traitement régénérateur ne sont pas présentes
dans le poumon emphysémateux
8.3.2H.ypothèses pour le rétablissement d’une population de fibroblastes ayant le
potentiel de régénérer le tissu alvéolai re
8.3.2.A1p.port de cellules mésenchymateuses d’origine extra-pulmonaire :
Fibrocytes
8.3.2.1L.e1s f.ibrocytes
8.3.2.1R.ô2l.e des fibrocytes dans le poumon : Modèle des pneumopathies
interstitielles fibrosantes
8.3.2.U2ti.lisation de cellules d’origine locale
8.3.2.2.Cel1l.ules souches mésenchymateuses pulmonaires
8.3.2.2.T2ran.sition épithélio-mésenchymateuse ou endothélio-
mésenchymateuse
Transition épithélio-mésenchymateuse
Transition endothélio-mésenchymateuse
8.3.3P.roblèmes thérapeutiques
8.3.3.1Pr.oblèmes liés à l’utilisation thérapeutique de facteurs de croissance
8.3.3.1.Ri1 sq.ue de cancer
8.3.3.1.Ri2sq. ue de fibrose pulmonaire
8.3.3.2P.roblématique des interactions paroi-poumon dans une cage thoracique
de taille fixe

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