Déterminants moléculaires de la néphrotoxicité induite par le tacrolimus après transplantation rénale

Tacrolimus-induced nephrotoxicity in renal transplantation

• Auteur / Autrice : Cynthia Van Der Hauwaert
• Direction : Christelle Cauffiez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 15/09/2014
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Impact de l'environnement chimique sur la santé humaine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transition épithélio-mésenchymateuse

Polymorphisme génétique

Fibrose

Transplantation rénale

Dissertations universitaires

Tacrolimus

Néphrotoxicologie

Polymorphisme génétique

Fibrose

Rein

Rein -- Transplantation

Tacrolimus

Mots clés libres

Néphrotoxicité

Tacrolimus

Fibrose

Néphrotoxicologie

Transplantation rénale

Renal Transplantation

Fibroses

Genetic Polymorphism

Résumé

Bien que le Tacrolimus soit un immunosuppresseur largement prescrit en transplantation rénale, ses effets néphrotoxiques limitent son utilisation. En effet, le Tacrolimus contribue au développement de lésions de fibrose interstitielle rénale et d’atrophie tubulaire à plus ou moins brève échéance. Parmi les mécanismes qui interviennent dans le processus de fibrogenèse, la transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) a été évoquée. Dans ce processus, une cellule épithéliale polarisée perd l’expression de certains de ses marqueurs épithéliaux (E-cadhérine, cytokératine, β-caténine membranaire...) au profit d’un phénotype mésenchymateux (expression de marqueurs mésenchymateux tels que vimentine ou translocation nucléaire de la β-caténine, sécrétion de composants de la matrice extracellulaire). Ainsi, afin d’identifier des déterminants moléculaires de la néphrotoxicité induite par le Tacrolimus et d’évaluer la contribution du processus de TEM, plusieurs approches in vitro et in vivo ont été combinées.Tout d’abord, un modèle de culture primaire de cellules tubulaires proximales rénales (CTP), cibles privilégiées des xénobiotiques au niveau rénal a été développé à partir de pièces opératoires. Ce modèle a été caractérisé : analyse de la stabilité sur 5 passages, de l’expression de marqueurs épithéliaux proximaux et mésenchymateux, et de la résistance trans-épithéliale... De plus, la comparaison de la capacité métabolique des échantillons de tissu rénal sain à différents modèles cellulaires (HEK293, HK-2, CTP) nous a permis de montrer que les CTP est le modèle le plus pertinent. De plus, l’exposition de cellules rénales au Tacrolimus induit une modification du phénotype des cellules.De plus, le développement d’un modèle murin de néphrotoxicité induite par le Tacrolimus a été réalisé (exposition durant 28 jours à une dose de 1 mg/kg/j de Tacrolimus par implantation sous-cutanée de pompes Alzet® ou par injection intra-péritonéale). Les données histologiques et d’expression génique montrent que les reins de souris traitées par Tacrolimus présentent des zones localisées d’expression des marqueurs mésenchymateux (vimentine) et de fibrose (collagène, α-SMA, miR-21). Par ailleurs, la variabilité interindividuelle des effets néphrotoxiques du Tacrolimus étant potentiellement associée à la présence de polymorphismes génétiques (SNP), les ADN de patients transplantés rénaux et de leur greffon ont été génotypés pour des SNP (i) affectant les CYP3A5 et ABCB1, intervenant dans la prise en charge du Tacrolimus, (ii) affectant la cavéoline-1, impliquée dans le processus de fibrose. Nos résultats montrent que deux SNP affectant le donneur (CYP3A5 6986A>G et ABCB1 3435C>T) sont significativement associés à une plus faible expression des marqueurs de TEM (expression de novo de la vimentine et translocation nucléaire de la β-caténine) et à un nombre moins important de lésions de fibrose rénale sur les biopsies de greffons à 3 mois post-greffe. Enfin, les patients porteurs d’un greffon de génotype CAV1 rs4730751AA ont une perte de fonction rénale plus rapide. Ces patients semblent développer plus fréquemment des lésions de fibrose. Dans le cadre de la transplantation rénale, ces résultats suggèrent que certains SNP du donneur influencent la néphrotoxicité du Tacrolimus et que son métabolisme in situ est un élément clé dans la compréhension de la fibrogenèse du greffon.Au total, les résultats obtenus nous ont permis d’identifier des facteurs individuels de vulnérabilité à la toxicité du Tacrolimus. De telles données, utilisées comme outil prédictif d’une néphrotoxicité plus ou moins importante, aideraient à un meilleur choix de traitement immunosuppresseur. A terme, sur le plan médico-économique, notre étude pourrait permettre d’améliorer la prise en charge de la néphrotoxicité des immunosuppresseurs, et ainsi réduire les coûts de traitement liés aux pertes de greffons induites par la toxicité du Tacrolimus.

Although widely prescribed in kidney transplantation, Tacrolimus use is limited by its nephrotoxic effects. Indeed, Tacrolimus contributes to the development of renal interstitial fibrosis lesions and tubular atrophy with a large variability between patients. Among the mechanisms involved in fibrogenesis, the epithelial-mesenchymal transition (EMT) has been proposed. EMT is a dynamic process by which a polarized epithelial cell loses its epithelial markers (E-cadherin, cytokeratin, membrane β-catenin...) and acquires a mesenchymal phenotype (de novo expression of vimentin or nuclear translocation of β-catenin, secretion of extracellular matrix components). Thus, to identify molecular determinants of Tacrolimus-induced nephrotoxicity and to evaluate the contribution of EMT, several in vitro and in vivo approaches were combined.First, a model of primary culture of renal proximal tubular cells (PT cells), the main target of xenobiotics in kidney, has been developed and characterized: phenotypic stability, functional properties, expression of proximal and mesenchymal markers and transepithelial resistance. In addition, the comparison of the metabolic capacity of the healthy renal tissue samples to different cell models (HEK293, HK-2 CTP) has revealed that PT cells is the most appropriate model. Furthermore, renal cells exposure to Tacrolimus induced a modification of the cell phenotype.Moreover, the development of a murine model of Tacrolimus-induced nephrotoxicity has been performed (28 days-exposure at 1 mg/kg/day by subcutaneous implantation of Alzet® pumps or by intra-peritoneal injection). Histological and gene expression data indicated that kidney of Tacrolimus-treated mice exhibited localized expression of mesenchymal markers (vimentin) and fibrosis areas (collagen, α-SMA, miR-21).Furthermore, as the interindividual variability of Tacrolimus nephrotoxic effects is potentially associated with genetic polymorphisms (SNPs), renal transplant recipients and their corresponding graft were genotyped for (i) CYP3A5 and ABCB1 SNPs, involved in Tacrolimus cellular processing, (ii) caveolin-1 SNP, involved in fibrosis. Our results showed that two SNPs affecting the donor (CYP3A5 6986A> G and ABCB1 3435C> T) were significantly associated with a lower expression of EMT markers (vimentine de novo expression and nuclear translocation of β-catenin) together with less fibrosis lesions evaluated on renal graft biopsies performed at 3 months post-transplant. Finally, patients with a CAV1 rs4730751AA graft displayed a more severe renal function decrease. These patients also developed more frequently fibrotic lesions. In the context of renal transplantation, these results suggest that some donor SNPs modulate Tacrolimus-induced nephrotoxicity and that its in situ metabolism is a key element in the graft fibrogenesis understanding.Overall, these data allowed us to identify some molecular determinants of Tacrolimus-induced nephrotoxicity. Early identification of patients at high risk of Tacrolimus renal toxicity represents one of the most important and future challenges in kidney transplantation to tailor treatment before the development of irreversible lesions. Although preliminary, our data suggest that the genetic make-up of donors as well as the early detection of nephrotoxicity markers such as mesenchymal markers, may improve to the medical management of renal transplant patients.