Expression et fonctions des Métalloprotéases matricielles (MMPs) et de leurs inhibiteurs tissulaires (TIMPs) au cours de l'ischémie cérébrale et des processus inflammatoires@

Expression and functions of Matrix Metalloproteinases and their Tissue Inhibitors in cerebral ischemia and inflammatory processes

• Auteur / Autrice : Crystel Ogier
• Direction : Santiago Rivera
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ischémie cérébrale

Physiopathologie

Inflammation

Astrocytes

Physiologie

Système nerveux central

Inhibiteurs

Métalloprotéinases

Résumé

La protéolyse est maintenant considérée comme un mécanisme requis pour achever le contrôle précis de nombreux processus biologiques tels que la mort et la survie, la différenciation, la croissance, l'adhérence et la migration cellulaire. Les métalloprotéases matricielles (MMPs) et leurs inhibiteurs endogènes, les inhibiteurs tissulaires de MMPs (TIMPs) sont les principaux régulateurs de l'espace péricellulaire en régulant le clivage protéolytique de substrats variés tels que les composants de la matrice extracellulaire, les cytokines, les récepteurs et molécules de surface cellulaire. Dans le système nerveux central (SNC), l'expression des MMPs et les TIMPs est largement régulée au cours des processus pathologiques, mais la compréhension de leurs rôles et de leurs mécanismes d'action reste encore peu claire. Nous avons donc établi comme objectif de mieux comprendre comment les MMPs et les TIMPs contribuent aux processus neuropathologiques associés à l'excitotoxicité et l'inflammation, avec un accent particulier sur les astrocytes qui représentent les cellules les plus abondantes du cerveau et aussi les sources principales de MMPs et de TIMPs. Nous avons évalué, au cours de l'ischémie cérébrale globale transitoire, la distribution spatio-temporelle de l'expression de la MMP-9 et de TIMP-1 et les changements d'activité protéolytique nette résultant de l'équilibre MMP/TIMP. Nous avons montré pour la première fois que la régulation de ces paramètres était étroitement associée à l'évolution de la mort neuronale et de la réactivité gliale, suggérant un rôle du système MMP/TIMP dans les mécanismes d'excitotoxicité et d'inflammation au cours de l'ischémie globale. Après ischémie, l'expression de TIMP-1 est régulée spécifiquement dans les astrocytes réactifs parmi les cellules gliales. Nous avons donc cherché à déterminer le rôle de TIMP-1 dans la réponse des astrocytes à des stimuli pro-inflammatoires. Grâce à l'utilisation de souris déficientes pour TIMP-1, nous avons mis en évidence que l'altération de l'équilibre MMP/TIMP dans les astrocytes influençait leur réactivité à des stimuli pro-inflammatoires et que l'activation de Fas modulait l'expression des membres du système MMP/TIMP. Nous proposons que les régulations croisées de la voie Fas/FasL et du système MMP/TIMP sont utilisées par les astrocytes pour moduler leur réponse inflammatoire à des stimuli environnementaux. Les astrocytes étant les principales sources neurales de MMPs et ces dernières intervenant dans les processus de migration cellulaire, nous avons étudié l'implication des MMPs sur la migration des astrocytes, un événement important dans les situations développementales et pathologiques. Nous fournissons la première évidence de l'implication de la MMP-2 dans la migration astrocytaire, probablement en interactions avec le cytosquelette d'actine, via les intégrines b1 qui pourraient jouer le rôle de lien entre la protéolyse péricellulaire et le cytosquelette et les protéines associées. L'ensemble de ces résultats renforce l'idée selon laquelle les MMPs et les TIMPs jouent des rôles prépondérants dans la physiopathologie du SNC

Proteolysis is now considered as a mechanism required to achieve precise control of numerous biological processes, including cell death/survival, differentiation, growth, adhesion and migration. Together, Matrix Metalloproteinases (MMPs) and their endogenous inhibitors, the tissue inhibitors of MMPs (TIMPs) are the principal regulators of the pericellular space by regulating the processing of numerous substrates such as extracellular matrix components, cytokines, cell surface molecules and receptors. In the central nervous system (CNS), the expression of MMPs and TIMPs is largely upregulated in pathological processes, but a precise understanding of their roles and mechanisms of action is still elusive. Our objective is to contribute to shed light on the contribution of MMPs and TIMPs to neuropathological processes associating excitotoxicity and inflammation, with a particular focus on astrocytes, which represent the majority of neural cells and the main source of MMPs and TIMPs. We evaluated, in transient global cerebral ischemia, the spatio-temporal regulation of MMP-9 and TIMP-1 expression and changes of net proteolytic activity resulting from MMP/TIMP ratio. We showed for the first time that the upregulation of these parameters were closely associated with the evolution of neuronal death and glial reactivity, suggesting a role of the MMP/TIMP system in the mechanisms of excitotoxicity and inflammation during global ischemia. Following ischemia, TIMP-1 expression was specifically regulated in reactive astrocytes among glial cells. Consequently, we investigated the role of TMP-1 in astrocyte response to pro-inflammatory stimuli. Using TMP-1 deficient mice, we provided evidence that the alteration of the MMP/TIMP balance in astrocytes influenced their reactivity to pro-inflammatory stimuli and that Fas activation modulated the expression of members of the MMP/TIMP axis. We hypothesize that the mutual regulation of the Fas/FasL transduction pathway and the MMP/TIMP system is an instrument used by astrocytes to modulate their inflammatory response to environmental stimuli. Astrocytes being the main neural source of MMPs, and the latter being instrumental for cell motility, we investigated the implication of MMPS in astrocyte migration, an important feature in both developmental and pathological situations. We provided the first evidence of the implication of MMP-2 in astrocyte motility probably through its interaction with the actin cytoskeleton, where ß1-integrin could play a role of linker between pericellular proteolysis and the intracellular cross-link proteins. Together, theses data reinforce the idea that MMPs and TIMPs play an important role in the physiopathology of the CNS.