Rôle de l'isoforme CXCL12gamma dans la fonction et le remodelage cardiaque post-ischémique

Role of CXCL12gamma isoform in post ischemic cardiac function and remodelling

• Auteur / Autrice : Vincent Duval
• Direction : Angelique Levoye
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physiologie et physiopathologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 21/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : ED 562 Bio Sorbonne Paris Cité
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-sébastien Silvestre, Giuseppina Caligiuri, Françoise Bachelerie, Mathias Mericskay, Marie-ange Renault, Angelique Levoye
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mathias Mericskay, Marie-ange Renault

Mots clés

Mots clés libres

Cardiovasculaire

Infarctus du myocarde

Chimiokine

Angiogenèse

Cardiovascular

Myocardial infarction

Chemokine

Angiogenesis

Résumé

Après un infarctus du myocarde (IM), un remodelage cardiaque défavorable et la progression vers l'insuffisance cardiaque peuvent être favorisés par des altérations macroscopiques de la géométrie et de la fonction du ventricule gauche, ainsi que par des altérations microscopiques des composants cellulaires du coeur ischémique. Des études préalables ont étayé le rôle crucial des chimiokines (CK) dans la coordination des événements moléculaires et cellulaires sous-tendant les processus de remodelage et de réparation du coeur ischémique. Au delà de leur interaction avec leurs récepteurs spécifiques, la liaison avec les protéoglycanes à héparane sulfate (HS) de la matrice extracellulaire conditionne l'amplitude des effets biologiques des CK. Cependant, l'impact des interactions CK/HS dans la réponse post-IM reste inconnu. Dans notre étude, nous avons révélé le rôle essentiel des interactions entre CXCL12, une CK majeure pour l'homéostasie cardiaque, et les HS dans le remodelage cardiaque post-ischémique. En effet, nous avons montré que la perturbation de ces interactions chez des souris Cxcl12gagtm/gagtm entraîne une diminution de la fonction cardiaque associée à une fibrose et à une vascularisation post-ischémique réduite. Ces effets ont été retrouvés dans des souris déficientes pour CXCL12 (Cxcl12gammaKI), une isoforme très exprimée dans le coeur et possédant une affinité accrue pour les HS. A l'inverse, l'administration d'adénovirus exprimant CXCL12gamma dans le myocarde infarci améliore la fonction cardiaque et promeut l'angiogenèse. De manière intéressante, la surexpression de CXCL12gamma corrige également le phénotype cardiaque délétère observé chez les souris Cxcl12gagtm/gagtm et Cxcl12gammaKI confirmant le rôle majeur des interactions CXCL12/HS et de CXCL12gamma dans la régulation de la fonction et du remodelage cardiaque post-ischémique. Après l'événement ischémique, l'expression augmentée, simultanée et précoce de CXCL12 et de son récepteur de type ACKR3 suggère un rôle important de cet axe dans la réponse à l'IM. D'ailleurs, l'activation in vivo d'ACKR3, contrairement à celle de CXCR4 (le second récepteur classique de CXCL12), améliore la fonction cardiaque et promeut la vascularisation post-ischémique. L'absence de modulation de la réponse inflammatoire, après induction de l'IM chez les souris mutantes, nous a amené à étudier la contribution des cellules cardiaques résidentes dans les effets médiés par CXCL12 . Nous avons identifié, dans le myocarde infarci, une sous-population de fibroblastes exprimant ACKR3 et présentant une signature angiogénique. Nous avons donc émis l'hypothèse que CXCL12 pourrait exercer ses effets angiogéniques au travers de son action sur ces fibroblastes exprimant ACKR3. L'analyse des milieux conditionnés issus de fibroblastes cardiaques stimulés avec CXCL12alpha ou CXCL12gamma, nous a permis de montrer que seul le secrétome provenant des fibroblastes stimulés par CXCL12gamma est capable d'induire in vitro la prolifération de cellules endothéliales murines ainsi que la formation de tubes vasculaires. De manière intéressante, l'inhibition d'ACKR3, mais pas celle de CXCR4, abolit les effets induits par le secrétome des fibroblastes stimulés par CXCL12gamma démontrant le rôle de l'axe CXCL12gamma/ACKR3 dans les effets pro-angiogéniques médiés par ces fibroblastes. Enfin, l'analyse des milieux conditionnés indique que la stimulation par CXCL12gamma entraîne la modulation de l'expression de plusieurs facteurs angiogéniques. Ainsi, ces travaux révèlent, pour la première fois, un rôle protecteur des interactions CXCL12/HS dans l'IM et suggèrent que l'axe CXCL12gamma/ACKR3 pourrait être une nouvelle cible thérapeutique dans les maladies cardiovasculaires.

After myocardial infarction (MI), adverse cardiac remodeling and progression to heart failure may be promoted by macroscopic alterations in left ventricular geometry and function, as well as microscopic alterations in the cellular and molecular landscapes of the ischemic heart. Previous studies have supported the crucial role of chemokines (CK) in the coordination of molecular and cellular events underlying post-ischemic cardiac remodeling and repair. Beyond CK interactions with their specific receptors, CK binding to heparan sulfate (HS) proteoglycans determines the magnitude of their biological effects. However, the impact of CK/HS interactions in the infarcted cardiac tissue remains unknown. In our study, we unraveled the essential role of the specific interactions between CXCL12, a major CK for cardiac homeostasis, and HS in post-ischemic cardiac remodeling. Indeed, we evidenced that disruption of these interactions in Cxcl12gagtm/gagtm mice resulted in decreased cardiac function associated with fibrosis and reduced post-ischemic vascularization. These effects were also observed in mice deficient for CXCL12gamma (Cxcl12gammaKI), an isoform highly expressed in the heart and possessing increased affinity for HS. Conversely, administration of adenovirus expressing CXCL12gamma into infarcted myocardium improved cardiac function and promoted angiogenesis. Interestingly, CXCL12gamma overexpression also rescued the deleterious cardiac phenotype observed in Cxcl12gagtm/gagtm and Cxcl12gammaKI mice, confirming the major role of CXCL12/HS interactions and CXCL12gamma in the regulation of post-ischemic cardiac function and remodeling. After the ischemic event, the coordinated increase of CXCL12 mRNA levels and that of ACKR3 (a cognate CXCL12 receptor) suggested an important role of this axis during MI. In this line of reasoning, in vivo activation of ACKR3, unlike that of CXCR4 (the second classical CXCL12 receptor), improved cardiac function and promoted post-ischemic vascularization. The lack of modulation of the inflammatory response in mutant mice led us to investigate the contribution of resident cardiac cells to the CXCL12-related effects. We identified a subpopulation of ACKR3-expressing fibroblasts with a pro-angiogenic signature in the infarcted myocardium. We therefore hypothesized that CXCL12 could exert its angiogenic effects through activation of ACKR3-expressing fibroblasts. Using conditioned media from cardiac fibroblasts stimulated with CXCL12alpha or CXCL12gamma, we showed that only the secretome from CXCL12gamma-stimulated fibroblasts was able to induce in vitro endothelial cell proliferation as well as vascular tube formation. Interestingly, these effects were blunted after inhibition of ACKR3, but not after that of CXCR4, highlighting the pro-angiogenic role of CXCL12gamma/ACKR3 axis in our experimental conditions. Finally, analysis of conditioned media indicated that stimulation by CXCL12gamma enhanced protein levels of several angiogenic factors. Thus, this work reveals, for the first time, a protective role of CXCL12/HS interactions after MI and suggests that the CXCL12gamma/ACKR3 axis may be a novel therapeutic target in cardiovascular diseases.