Caractérisation des microparticules des patients drépanocytaires et de leur impact sur le phénotype des cellules endothéliales

Characterizing microparticles from sickle cell patients and their impact on the phenotype of endothelial cells

• Auteur / Autrice : Yohann Garnier
• Direction : Marc Romana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moleculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 07/07/2017
• Etablissement(s) : Antilles
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Milieu insulaire tropical à risques : protection, valorisation , santé et développement (Pointe-à-Pitre)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Romana, Mariane De Montalembert, Catherine Riva-Lavieille, Olivier Gros, Annie Lannuzel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mariane De Montalembert, Catherine Riva-Lavieille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phénotype

Drépanocytose

Particules (matière)

Mots clés libres

Drépanocytose

Microparticules

Endothélium

Sickle cell disease

Microparticles

Endothelium

Résumé

La drépanocytose est la première maladie génétique en France et notamment en Guadeloupe. Il s’agit d’une maladie du sang qui est due à une mutation ponctuelle au niveau du gène de la β-globine, laquelle entre dans la composition de l’hémoglobine. Ainsi les drépanocytaires ont une hémoglobine anormale appelée « HbS », contrairement à l’hémoglobine normale « HbA ». En condition de faible oxygénation, l’HbS polymérise et forme des fibres à l’intérieur des érythrocytes. Ces fibres rigidifient et fragilisent les globules rouges. Par conséquent ils peuvent bloquer la circulation à cause de leur faible déformabilité, et causer des crises vaso-occlusives douloureuses, complication caractéristique de la drépanocytose. Ce modèle physiopathologique classique a été complété par les résultats plus récents montrant l’importance du rôle des leucocytes dans l’établissement de ces obstructions. Par ailleurs, les globules rouges des drépanocytaires sont plus prompts à l’hémolyse en raison de leur fragilité. En raison de l’hémolyse exacerbée, l’hémoglobine se retrouve dans le plasma et diminue la biodisponibilité du principal vasodilatateur, le monoxyde d’azote. De plus, les globules rouges rigides et déformés entrainent activation de l’endothélium. Il en résulte dans la drépanocytose, un contexte pro-inflammatoire et pro-adhérent mais aussi pro-coagulant.Ce contexte est propice à l’activation des cellules sanguines et notamment à celle des plaquettes et des érythrocytes qui par bourgeonnement de leur membrane, émettent alors en grandes quantités, des vésicules sub-micrométriques appelées microparticules, ou MP. En l’absence de traitement curatif applicable à tous les patients drépanocytaires, nous avons décidé d’étudier le profil mais aussi le rôle des MP de patients drépanocytaires dans le but de mieux comprendre cette maladie et dans l’espoir de peut-être découvrir une nouvelle piste diagnostique ou thérapeutique.Nous avons donc montré que les patients SC ont des concentrations sanguines en MP plus importantes que les sujets AA, mais moindres que les patients SS. Etonnamment les MP SC, qu’elles soient d’origine érythrocytaire ou plaquettaire, ont aussi plus de phosphatidylsérine (PS) à leur surface que les MP SS. Ce phospholipide étant impliqué dans l’activation de la cascade de la coagulation, il serait intéressant d’évaluer l’intensité de cette activation par des MP SS ou SC. On pourrait aussi comparer ces intensités à celle induite par des MP de patients SS sous hydroxyurée. En effet nous avons aussi montré que 2 ans après avoir commencé ce traitement, les MP érythrocytaires des patients ont une taille plus importante et une exposition de la PS diminuée drastiquement.Les MP étant physiologiquement dans le sang, elles peuvent entrer en contact avec les cellules sanguines mais aussi avec l’endothélium vasculaire. Etant donné l’importance des changements que connaît cet endothélium chez les drépanocytaires (pro-adhérent, pro-inflammatoire et pro-coagulant), nous nous sommes ensuite focalisés sur l’impact des MP de drépanocytaires sur les cellules endothéliales. Ces dernières provenaient de la moelle osseuse humaine, territoire fréquemment affecté par les vaso-occlusions. Il ressort de ces travaux que les MP de patients SS et SC induisent, par rapport aux MP de sujets AA, une surexpression dose-dépendante de gènes impliqués dans l’adhérence (ICAM-1, VCAM-1, E-sélectine), dans l’inflammation (IL-6, IL-1β et CD40-I) et dans la coagulation (TF). Au niveau protéique, ICAM-1 est aussi surexprimé. En effet les MP SS induisent dès 4 heures d’incubation, une augmentation de la densité moyenne d’ICAM-1 membranaire, ainsi qu’une augmentation de la proportion de cellules exprimant cette protéine. ICAM-1 étant impliquée dans l’adhérence des leucocytes à l’endothélium (roulement, adhérence ferme et même transmigration).

Sicle cell disease (SCD) is the first genetic disease in France and more specifically in Guadeloupe. It is a blood disorder due to a point mutation in the β-globin gene. The corresponding peptide chain being a part of hemoglobin, SCD patients have an abnormal hemoglobin called “HbS”, contrary to the normal one, so called “HbA”. In hypoxic conditions, HbS forms polymers inside red blood cells (RBCs), thereby making them rigid but also fragile. Consequently, RBCs can stop blood flow due to their low deformability, and so cause a painful vaso-occlusive crisis, which is a complication characterizing SCD. This pathophysiological model has been modified by recent results showing the involvement of leukocytes in the establishing of these occlusions. Besides, sickle RBCs are more prone to hemolysis owing to their being fragile. Due to this exacerbated hemolysis, hemoglobin is released in the plasma and diminishes the bioavailability of the main vasodilator, nitrite monoxide. Moreover, rigid sickled RBCs entail endothelium activation, which results in a pro-inflammatory, a pro-adhesive and a pro-coagulant context. This latter favors blood cells activation, among which are platelets and erythrocytes that bud high quantities of submicrometric membrane vesicles called microparticles, or MPs. In the absence of curative treatment for all patients, we decided to study the profile but also the role of MPs from SCD patients to better understand this disease and hoping to find a new diagnostic or therapeutic pathway. We showed that SC patients have lower MP levels than SS patients, but higher MP levels than AA subjects. Surprisingly, we have observed that SC MPs, whether they derive from RBCs or platelets (PLTs), have higher densities of exposed phosphatidylserine (PS) than SS MPs. Since this phospholipid is involved in the activation of the coagulation cascade, it would be interesting to evaluate the intensity of this activation by SS or SC MPs. One could also compare these intensities to the one induced by MPs from SS patients under hydrocarbamide. Indeed we also showed that 2 years after the beginning of this treatment, erythrocyte-derived MP are larger and expose PS much less.As MPs are physiologically in the blood, they can interact with blood cells but also with the vascular endothelium. Given the known changes of this endothelium in SCD (pro-adhesive, pro-inflammatory and pro-coagluant), we then focused on the impact of SCD MPs on endothelial cells (ECs). These cells came from human bone marrow, a territory frequently affected by vaso-occlusions. These experiments showed that SS and SC MPs, induce, compared to AA MPs, a dose-dependent overexpression of genes involved in adherence (ICAM-1, VCAM-1, E-selectin), in inflammation (IL-6, IL-1β and CD40-I) and in coagulation (TF). At the protein level, ICAM-1 is also overexpressed. Indeed SS MPs induce within 4 hours of incubation, an increase of the mean membrane density of ICAM-1, but also an increased proportion of cells bearing this protein. As ICAM-1 is involved in leukocytes adherence to the endothelium (rolling, firm adhesion and even transmigration), SS MPs may, by triggering ICAM-1 overexpression at the endothelium surface, allow their adherence to the endothelium, thereby promoting RBC adherence and so the occlusion of the vessel and the occurring of a VOC. It would be interesting to determine which type of MP cause the overexpression of ICAM-1 and to evaluate if it is sufficient to increase in vitro adherence of leukocytes to ECs stimulated with MPs. This would allow to evaluate how important MPs are when considering the fight against sickle cell disease.