Functional activities of HDL particles in acute myocardial infarction : dissection of the roles of proteome vs. lipidome components

Les activités fonctionnelles des particules de HDL chez les patients avec infarctus du myocarde : la dissection du rôle des composantes du protéome vs lipidome

• Auteur / Autrice : Fabiana Hanna Rached
• Direction : Anatol Kontush, Carlos Vicente Serrano Junior
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et Physiopathologie
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phospholipides

Antioxydants

Infarctus du myocarde

Résumé

Des niveaux bas de cholestérol associé aux lipoprotéines de haute densité (HDL-C) sont caractéristiques d‟infarctus du myocarde (MI) et prédisent des accidents cardiovasculaires récurrents. HDL possède de multiples activités athéroprotectives et sont hautement hétérogènes en structure, composition et fonctionnalité. Cette dernière n‟est pas mise en évidence par les analyses cliniques classiques et serait pourtant plus informative que les taux circulants d‟HDL-C. Cependant, les liens éventuels entre les modifications de composition moléculaire en lipides et la fonctionnalité des sous-populations d‟HDL restent assez peu compris chez les sujets normolipidémiques et ayant subi un MI aigu. Les plasmas de sujets contrôles, normolipidémiques, (n=14) et de patients ayant subi un infarctus du myocarde avec élévation de segment (STEMI) (n=16) obtenus dans les 24h suivant le diagnostic ayant des âges et sexes homogènes dans les deux groupes furent fractionnés par gradient de densité. Cinq sous-populations de HDL furent ainsi isolées : les grandes et légères HDL2b et HDL2a et les petites et denses HDL3a, 3b et 3c. La capacité de ces HDL à réaliser l'efflux de cholestérol fut mesuré sur des cellules THP-1 et leur activité antioxydante évaluée in vitro contre la peroxydation lipidique des LDL (LDLde référence seul ou en présence de HDL3b, HDL3c ou HDLtotal); le lipidome des HDL fût analysé par LC/MS/MS. Dans les HDL de sujets normolipidémiques, la concentration en lysophosphatidylcholine et en phospholipides négativement chargés (phosphatidylsérine et acide phosphatidique) augmente avec la densité des sous-populations de HDL, alors que les contenus en sphingomyéline et céramide diminuent. Les activités biologiques clés des sous-populations de HDL, et plus particulièrement la capacité à réaliser l'efflux de cholestérol et à protéger les LDL contre l'oxydation, furent associées majoritairement avec les petites, denses et riches en protéines HDL3c. L'hétérogénéité du lipidome de HDL fût corrélée à leurs fonctionnalités. Chez les patients STEMI ayant des taux de HDL-C bas (-31%, p<0. 001) et une inflammation aigue (déterminée par une élévation marquée de la C-reactive protein, serum amyloid A (SAA) et interleukine-6), comparé aux sujets normolipidémiques de même âge et sexe, leurs HDL plasmatiques et sous-populations montrent une capacité d'efflux de cholesterol des cellules THP-1 atténuée (jusqu'à -33%, p<0. 001, pour une même masse de phospholipides) vs contrôles. Les HDL et les sous-populations petites et denses, HDL3b et 3c plasmatiques montrèrent une activité antioxydante réduite (jusqu'à -68%, p<0. 05, pour une même masse totale de HDL). Les sous-populations de HDL chez les patients STEMI furent appauvries en apoA-I (jusqu'à -23%, p<0. 01) et enrichies en SAA (jusqu'à +11. 8 fois, p<0. 05). Les HDL de STEMI et leurs sous-populations furent enrichies en deux lipides pro-inflammatoires: lysophosphatidylcholine (jusqu'à 3 fois, p<0. 01) et en acide phosphatidique (jusqu'à 8. 4 fois, p<0. 01). Ces changements furent plus prononcés dans les petites et denses HDL3b. De manière intéressante, de telles altérations du protéome et lipidome furent intimement liées aux fonctionnalités des HDL. L'analyse structure-fonction dans cette étude révèle que (i) le lipidome de HDL peut agir de manière significative sur leurs fonctions athéroprotectives chez les sujets normolipidémiques, (ii) le lipidome de HDL subit d'importantes modifications dans un environnement inflammatoire aigu tel que celui du STEMI, and (iii) de telles altérations associées à des changements du protéome de HDL peuvent être directement impliquées dans la détériorationdiminution de la fonctionnalité des HDL lors des premières phases de STEMI.

Low plasma levels of high-density lipoprotein-cholesterol (HDL-C) are typical of acute myocardial infarction (MI) and predict risk of recurrent cardiovascular events. HDL displays multiple atheroprotective activities and is highly heterogeneous in structure, composition and function. The functionality of HDL particles is not reflected by routine clinical measurements of HDL-C and could be more informative biomarker of CV risk as compared to circulating HDL-C levels. However, the potential relationships between modifications in the molecular lipid composition and the functionality of HDL particle subpopulations in normolipidemic subjects and in patients with acute MI are incompletely understood. Plasmas of healthy normolipidemic controls (n=14) and of age- and sex-matched ST segment elevation MI (STEMI) patients obtained within 24h after diagnosis (n=16)- were fractionated by density gradient ultracentrifugation to isolate five major HDL subpopulations (large, light HDL2b and HDL2a and small, dense HDL3a, HDL3b, and HDL3c). Cellular cholesterol efflux was assessed in THP-1 cells from THP-1 cells and antioxidative activity was evaluated in vitro towards reference low-density lipoprotein (LDL) oxidation; the HDL lipidome was analysed by LC/MS/MS. In normolipidemic subjects, the contents of lysophosphatidylcholine and of negatively-charged phosphatidylserine and phosphatidic acid increased progressively with increase in hydrated density of HDL, whereas the proportions of sphingomyelin and ceramide decreased. Key biological activities of HDL subpopulations, notably cholesterol efflux capacity from THP-1 cells and antioxidative activity towards LDL oxidation, were predominantly associated with small, dense, protein-rich HDL3. The heterogeneity in the HDL lipidome was correlated to HDL functionality. In STEMI patients, who featured low HDL-C (-31%, p<0. 001) and acute-phase inflammation (determined as marked elevations in C-reactive protein, serum amyloid A (SAA) and interleukin-6), as compared to age- and sex-matched controls, plasma HDL and its subpopulations displayed attenuated cholesterol efflux capacity from THP-1 cells (up to -33%, p<0. 001, on a unit phospholipid mass basis) vs. Controls. Plasma HDL and small, dense HDL3b and 3c subpopulations from STEMI patients exhibited reduced anti-oxidative activity (up to -68%, p<0. 05, on a unit HDL mass basis). HDL subpopulations in STEMI were depleted in apoA-I (up to -23%, p<0. 01) and enriched in SAA (up to +11. 8-fold, p<0. 05). STEMI plasma HDL and its subpopulations were enriched in two proinflammatory bioactive lipids, lysophosphatidylcholine (up to 3. 0-fold, p<0. 01) and phosphatidic acid (up to 8. 4-fold, p<0. 01); such changes were most pronounced in the small, dense, HDL3b subfraction. Interestingly, the alterations in the proteome and lipidome were intimately related to HDL functionality. The structure-function analysis performed in these studies thereby reveals that (i) the HDL lipidome may strongly impact atheroprotective functionality in normolipidemic subjects; (ii) the HDL lipidome undergoes profound alterations in its cargo in the inflammatory milieu of STEMI and (iii) such modifications, together with concomitant alterations in HDL proteome, can be directly implicated in impaired HDL functionality in the early phase of STEMI.