Rôle de la protéine p53 dans l’hypertension artérielle pulmonaire humaine et expérimentale

Role of p53 protein in human and experimental pulmonary arterial hypertension

• Auteur / Autrice : Sophie Jacquin
• Direction : Eddahibi Saadia, Olaf Mercier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie
• Date : Soutenance le 07/11/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Innovation Thérapeutique : du Fondamental à l'Appliqué (Châtenay-Malabry, Haut-de-Seine ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Hypertension pulmonaire : physiopathologie et innovation thérapeutique (2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Richard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eddahibi Saadia, Olaf Mercier, Sylvain Richard, Pierre Hainaut, Christelle Guibert, Vladimir Veksler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Hainaut, Christelle Guibert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines p53

Hypertension artérielle pulmonaire

Mots clés libres

Hypertension artérielle pulmonaire (HTAP)

Protéine p53

Cellules musculaires lisses d’artères pulmonaires

Phénotype pseudo-tumoral

Pifithrin-alpha

Nutlin-3a

Protéine MDM2

Pulmonary arterial hypertension (PAH)

P53 protein

Smooth muscle cells of pulmonary arteries

Cancer-like phenotype

Pifithrin-alpha

Nutlin-3a

MDM2 protein

Résumé

Le terme d’« hypertension artérielle pulmonaire » (HTAP) décrit une maladie vasculaire pulmonaire caractérisée par une augmentation progressive des pressions artérielles pulmonaires (PAP), définie par une PAP moyenne supérieure ou égale à 25 mmHg au repos et dont le principal symptôme est un essoufflement à l’effort. Un remodelage artériel pulmonaire intense conduisant à une obstruction des petits vaisseaux pulmonaires est responsable de la maladie. C’est une maladie rare mais néanmoins grave car pouvant aboutir à une insuffisance ventriculaire droite et entraîner le décès du patient.Le cadre général de notre étude est l’amélioration de la compréhension des mécanismes physiopathologiques de l’HTAP afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement au phénotype « pseudo-tumoral » des cellules musculaires lisses des artères pulmonaires (CML-AP) des patients atteints d’HTAP qui jouent un rôle primordial dans le remodelage vasculaire pulmonaire de l’HTAP et qui présentent des caractéristiques communes avec les cellules cancéreuses, notamment une hyper-prolifération, une résistance à l’apoptose, des désordres métaboliques et une instabilité génomique. Etant donné que la protéine p53, un des plus importants suppresseurs de tumeur, est largement décrite comme inactivée dans la plupart des cancers, nous avons émis l’hypothèse qu’elle pourrait également jouer un rôle important dans le développement de l’HTAP. Les résultats des études in vitro menées sur des CML-AP de patients atteints d'HTAP idiopathiques (HTAPi) versus des sujets contrôles semblent indiquer que la protéine p53 n’est pas altérée dans les CML-AP HTAPi. En effet, la séquence codante du gène TP53 ne présente pas de mutation dans les CML-AP HTAPi, les expressions génique et protéique de p53 (et de certaines de ses protéines cibles) ne semblent pas être différentes entre contrôles et HTAPi, ni à l’état basal ni en réponse à différents stress cellulaires inducteurs de p53 (étoposide et H2O2). Cependant, la régulation de p53 semble altérée puisque nous avons observé une augmentation du taux protéique de MDM2, principal régulateur de p53, dans les CML-AP HTAPi. Ce résultat peut être considéré comme une des caractéristiques « pseudo-tumorales » des CML-AP HTAPi mais également être un élément déterminant du mécanisme d’action de la Nutlin-3a, qui a montré des effets anti-prolifératifs accrus dans les CML-AP HTAPi.Dans des études in vivo menées chez le rat, la protéine p53 semble jouer un rôle dans l’initiation de la pathogénèse d’une HTAP. En effet, les taux protéiques pulmonaires de p53, de sa cible p21 et de son régulateur (mais également cible transcriptionnelle) MDM2 sont diminués lors de la première semaine dans un modèle d’induction d’HTAP par mono-injection de monocrotaline (MCT) chez le rat, au cours duquel la pathologie se développe à partir de la 2ème semaine. De plus, l’administration quotidienne à des rats d’un inhibiteur de l’activité transcriptionnelle de p53, le pifithrin-α (PFT), conduit au développement d’une HTAP en 14 jours, au même titre qu’une mono-injection de MCT, et aggrave l’HTAP induite par la MCT. Des effets pro-prolifératifs et anti-apoptotiques du PFT révélés sur des CML-AP indiquent que l’inhibition de l’activité transcriptionnelle de p53 est à l'origine d'une prolifération exagéree et une résistance à l'apoptose, deux composantes clés dans le remaniement vasculaire pulmonaire et le développement de l'HTAP.En conclusion, ces résultats mettent en évidence l’implication de l’inactivation de la voie de p53 lors de la phase initiatrice du développement de l’HTAP, alors qu’aux stades tardifs et sévères de la maladie, il semble il y avoir une normalisation de p53. En revanche, l’augmentation de l’expression de son principal régulateur MDM2 observée dans les CML-AP de patients HTAP semble être une cible thérapeutique potentiellement intéressante.

Pulmonary artery hypertension (PAH) is a severe pulmonary vascular disease characterized by a progressive increase of the pulmonary arterial pressure (PAP), defined by a mean PAP greater than or equal to 25 mmHg at rest. The main symptom is a shortness of breath. An intense pulmonary arterial remodeling that leads to an obstruction of the small pulmonary vessels is responsible of the disease. PAH is a rare but severe disease that develops into right ventricular cardiac failure leading to the patient's death.The general framework of our study was to improve the understanding of the pathophysiology of PAH in order to identify new potential therapeutic targets and improve the clinical management of patients. In particular, we were interested in the “cancer-like phenotype” of PAH patient pulmonary arterial smooth muscle cells (PA-SMCs). PA-SMCs play a key role in the pulmonary vascular remodeling of PAH. These cells share characteristics with cancerous cells, such as: exaggerated proliferation, apoptosis resistance, metabolic disorders and genomic instability. Owing to the growth-suppressive and pro-apoptotic functions of p53 protein and its inactivation largely described in cancer, we hypothesized that the p53 pathway could also be altered during PAH development in PA-SMCs.The results of in vitro studies on PA-SMCs of late stage patients with idiopathic PAH (iPAH) versus control patients suggest that the p53 protein nor pathway is not altered in iPAH PA-SMCs. Indeed, the coding sequence of the TP53 gene presented no mutations in iPAH PA-SMCs. Analysis of mRNA and protein levels of p53 and its target proteins showed no difference between controls and iPAH PA-SMCs, neither in a basal state or in response to various cellular stresses such as etoposide and H2O2. However, regulation of p53 may be altered in iPAH PA-SMCs as we observed an increase of the MDM2 (the main p53 regulator) protein level compared to control. This last result may be considered as a “cancer-like” characteristic of iPAH PA-SMCs and also be a determining factor in the mechanism of action of Nutlin-3a, which had more important anti-proliferative effects in iPAH PA-SMCs than in control cells.In vivo studies in rats revealed, however, that the p53 pathway may play a role in the initiation stage of PAH pathogenesis. Indeed, kinetics evaluation of p53 lung expression in the PAH model, induced by a single injection of monocrotaline (MCT), revealed a decrease in the p53 protein level during the first week, followed by a normalization by the second week. PAH symptoms are developed in MCT rats after two weeks. Similarly, the protein levels of p21, a p53 target, and MDM2, the major p53 regulator, and also a transcriptional target of p53, decreased during the first week in the MCT-PAH model. In addition, daily treatment in rats with an inhibitor of p53 transcriptional activity, pifithrin-α (PFT), led to the development of PAH in 14 days, similarly to MCT, and worsened the PAH induced by MCT. Pro-apoptotic and anti-proliferative effects of PFT on PA-SMCs indicate that inhibition of p53 transcriptional activity causes an excessive proliferation and an apoptosis resistance, which are two key components of the pulmonary vascular remodeling and development of human and experimental PAH.In conclusion, these results demonstrate the involvement of the p53 pathway inactivation in the initiation stage of PAH development, whereas in late and severe stages of disease, its role seems to be less implicated. In contrast, the increased expression of MDM2 observed in PA-SMCs of PAH patients may be a potential therapeutic target.