The role of ALK1 and ALK5 receptors, and their cognate Smads, in TGFβ1-mediated podosome-formation in aortic endothelial cells

par Filipa Dos Santos Curado

Thèse de doctorat en Sciences, technologie, santé. Biologie cellulaire et physiopathologie

Sous la direction de Elisabeth Génot.

Soutenue le 12-07-2013

à Bordeaux 2 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) .

Le président du jury était Ijsbrand M. Kramer.

Les rapporteurs étaient Pierre Jurdic, Stephan Linder.

  • Titre traduit

    Le rôle des récepteurs ALK1 et ALK5, et leurs effecteurs Smads, dans la formation des podosomes induits par le TGFβ1 dans les cellules endothéliales aortiques


  • Résumé

    Le TGF-β (Transforming growth factor-β) régule de nombreux processus cellulaires et la dérégulation de la signalisation du TGF-β est associée à divers troubles vasculaires. Dans le laboratoire du Dr Génot, le TGF-β a été découvert comme étant le facteur capable d’induire la formation de podosomes organisés en superstructures, appelées rosettes, dans les cellules endothéliales aortiques. Les podosomes sont des structures à base d’actine, formées de façon transitoire, capables de dégrader la matrice extracellulaire (MEC). Dans ce projet, nous avons étudié les récepteurs du TGF-β et les mécanismes moléculaires associés, impliqués dans la formation des podosomes en réponse au TGF-β dans le modèle des cellules endothéliales aortiques bovines primaires (BAEc). Deux types de récepteurs du TGF-β de type I (TβRI), ALK5 et ALK1, régulent les réponses au TGF-β dans les cellules endothéliales, ALK5 étant un récepteur ubiquitaire et ALK1 étant un récepteur dont l’expression est restreinte aux cellules endothéliales. Ces deux récepteurs contrôlent l'activation de protéines Smads distinctes et réagissent à la stimulation par le TGF-β. ALK5 active Smad2/3 et ALK1 active Smad1/5/8. BMP9 est un autre ligand d’ALK1. ALK1 n'active pas Smad2/3 dans les BAEc et BMP9 inhibe la formation des podosomes induite par le TGF-β. La stimulation de Smad1/5/8 par le traitement au TGF-β est induite par la signalisation du complexe ALK1/ALK5. En utilisant une approche à base de siRNA ciblant l’un ou l’autre des TβRI, l’induction des podosomes par le TGF-β est supprimée. Cependant, la transfection des TβRI constitutivement actifs (CA) a montré que l’expression du CA-ALK5 se substitue au TGF-β pour induire des podosomes alors que l'expression du CA-ALK1 est inefficace. Concernant la signalisation en aval des TβRI, l'implication des protéines Smads a également été étudiée dans la régulation du processus. La diminution d’expression de Smad3 abolit complètement la formation des podosomes induite par le TGF-β alors que la déplétion des protéines Smad1 ou Smad5 augmente leur formation. La surexpression des protéines Smad2 ou Smad3, elles aussi, dans une certaine mesure, se substituent aux signaux du TGF-β, alors que la surexpression de Smad1 diminue la formation des podosomes en réponse au TGF-β. Le TGF-β est également capable de moduler la formation d'un autre type de structure d'actine appelée étoiles d’actine. Le nombre de cellules présentant des étoiles d'actine diminue avec le traitement au TGF-β. Cependant, dans les cellules déficientes en Smad3, la formation de ces étoiles d’actine semble être stimulée par le TGF-β. Dans les BAEc, la rigidité ainsi que les protéines de la MEC semblent aussi moduler la formation des podosomes et des étoiles d'actine. Ces travaux démontrent que, bien que le TGF-β stimule à la fois ALK5 et ALK1, la signalisation d’ALK5 induit la formation des podosomes et la signalisation d’ALK1 atténue ce signal. Les voies canoniques, par l’intermédiaire de la régulation des protéines Smads, contribuent à la formation des podosomes induits par le TGF-β dans les BAEc.


  • Résumé

    Transforming growth factor-β (TGF-β) regulates a wide array of cellular processes and deregulation of TGF-β signalling is associated with various vascular disorders. In the Lab of Dr. Génot it was discovered that TGF-β induces the formation of podosomes organised in superstructures called rosettes, in aortic endothelial cells. Podosomes are transient actin-based structures able to degrade the extracellular matrix (ECM). In this project we have studied TGF-β receptors and associated molecular mechanisms underlying podosome formation in response to TGF-β in primary bovine aortic endothelial cells (BAEc). Two types of TGF-β type I receptors (TβRI), ALK5 and ALK1, regulate TGF-β responses in endothelial cells. ALK5 being an ubiquitous receptor and ALK1 being endothelial cell specific. Both ALK5 and ALK1 receptors control the activation of distinct Smad proteins, and both are responsive to TGF-β stimulation. ALK5 activates Smad 2/3 and ALK1 activates Smad 1/5/8. BMP9 is another ligand for ALK1. ALK1 doesn’t activate Smad2/3 in BAEc and ALK1 inhibits TGFβ-induced podosome formation. Smad1/5/8 stimulation by TGF-β treatment is induced through ALK1/ALK5 complex signalling. Using a knockdown approach, at the TβRI level, TGF-β induction of podosomes was inhibited. However, transfection of constitutively active (CA) TβRI showed that CA-ALK5 expression bypassed the TGF-β requirement for podosome induction whereas CA-ALK1 expression was ineffective. Looking downstream of TβRI signalling, the involvement of Smad proteins was also analysed in terms of podosome formation. Smad3 depletion completely abolished TGFβ-induced podosome formation whereas depletion of Smad1 or Smad5 proteins enhanced the TGFβ-induced podosome response. When overexpressed, Smad2 or Smad3, to some extent, bypassed TGFβ signals, whereas Smad1 overexpression diminished the TGFβ-induced podosome response. TGF-β also modulated the formation of another type of actin structure named actin-stars. The number of cells presenting actin-stars decreased with TGF-β treatment. However, in Smad3 depleted cells the formation of these actin-stars seemed to be stimulated by TGF-β. In BAEc stiffness and ECM proteins also seemed to modulate podosome and actin star formation. This project establishes that although TGF-β stimulates both ALK5 and ALK1, ALK5 signalling triggers podosome formation and ALK1 mitigates this signal. The canonical pathways through Smad protein regulation are important for TGF-β induced podosome in BAEc.


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