Étude protéomique, cellulaire et moléculaire des fonctions de la métalloprotéase BMP-1 dans le contexte de la cicatrisation cornéenne

Proteomic, cellular and molecular study of the functions of BMP-1 metalloproteinase in the context of corneal healing

• Auteur / Autrice : Maya Talantikite
• Direction : Catherine Guedes-Moali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 05/09/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie tissulaire et d'ingénierie thérapeutique (Lyon ; 2013-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Le Guellec
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Pierre Bousquet, Pierre Fournié, Emmanuelle Liaudet-Coopman

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métalloprotéinases

Matrice extracellulaire

Cicatrisation

Cornée

Mots clés libres

Cornée

Cicatrisation

Matrice extracellulaire

Métalloprotéases

BMP-1

ITRAQ TAILS

Cornea

Wound healing

Extracellular matrix

Metalloproteinases

BMP-1

ITRAQ TAILS

Résumé

La cicatrisation cornéenne représente un processus de réparation complexe qui vise à restaurer l'intégrité, la structure et la transparence de la cornée. Cependant, dans un certain nombre de cas, ce processus peut évoluer de façon anormale et se stabiliser en entraînant la formation d'une opacité cornéenne installée. Les mécanismes impliqués dans la formation de ces cicatrices persistantes ne sont pas encore complètement élucidés, mais il est établi que la composition et l'organisation de la matrice extracellulaire du stroma jouent un rôle majeur dans la restauration de la transparence de la cornée. Ce projet s’est concentré sur la métalloprotéase extracellulaire BMP-1 (Bone Morphogenetic Protein 1), déjà connue pour son rôle dans l'assemblage de la matrice extracellulaire et l'activation du TGF-bêta. Afin d’identifier les processus contrôlés par BMP-1 dans la cornée, nous avons d’abord effectué une comparaison systématique des inhibiteurs de BMP-1 connus ou potentiels, de différentes origines, pour caractériser leurs propriétés à la fois in vitro et dans des cultures cellulaires. Ensuite, nous avons mené une étude approfondie du sécrétome des cellules stromales de la cornée humaine (kératocytes), et des conséquences de la différenciation de ces cellules en myofibroblastes. Enfin, nous avons analysé les événements protéolytiques médiés par BMP-1 dans le sécrétome des kératocytes en utilisant principalement une approche de protéomique quantitative basée sur le marquage iTRAQ des protéines entières (technique TAILS). La comparaison des inhibiteurs disponibles de BMP-1 a permis de mettre en évidence différents profils d’efficacité, de spécificité et de toxicité et a conduit à l’identification d’un inhibiteur hydroxamate et d’un inhibiteur protéique efficaces, peu toxiques et très spécifiques de BMP-1. Le sécrétome des kératocytes s’est avéré être un modèle adéquat pour l’étude des activités de BMP-1 dans le contexte cornéen. Plus de 2022 protéines ont été identifiées, dont la métalloprotéase BMP-1 et 16 de ses 33 substrats connus jusqu’à présent. Enfin, 76 protéines modifiées par l’activité de BMP-1 ont été identifiées dans le sécrétome des kératocytes. Ces résultats confirment les liens forts entre BMP-1, l'assemblage de la matrice extracellulaire et le TGF-bêta, mais suggèrent également de nouveaux rôles pour la protéase dans l'inflammation. Certains des substrats nouvellement identifiés (TGFBI, HSP47 et collagène VI) sont très pertinents dans le contexte de la cicatrisation de la cornée et ont été validés d’un point de vue biochimique. En conclusion, BMP-1 est confirmée comme une cible potentielle intéressante pour traiter ou prévenir la formation des opacités cornéennes et la caractérisation des inhibiteurs disponibles ouvre des perspectives importantes pour des études précliniques chez l’animal

When the cornea is injured, a complex multi-step healing process is triggered which aims at restoring corneal integrity, structure and transparency. However, in some cases, corneal healing results in the formation of a stable scar associated with a prolonged loss of corneal transparency and with functional blindness. The mechanisms involved in the formation of these persistent scars are still not fully understood but it is known that the composition and organization of the extracellular matrix significantly contributes to the maintenance of corneal transparency. This work focused on the extracellular metalloproteinase called BMP-1 (Bone Morphogenetic Protein 1), a major player in the control of extracellular matrix assembly and TGF-beta activation, which was previously shown to be up-regulated in corneal healing and scarring. In order to further probe BMP-1 functions in corneal healing, we first performed a systematic comparison of known or potential BMP-1 inhibitors from different origins to characterize their properties both in vitro and in cell cultures. We then carried out an in-depth study of the secretome of human corneal stromal cells (keratocytes) and of the consequences of the differentiation of these cells into myofibroblasts. Finally, we analyzed BMP-1-mediated proteolytic events in keratocyte secretomes, mainly using a quantitative proteomic approach based on iTRAQ labeling of proteins (TAILS technique). The comparison of BMP-1 available inhibitors revealed different profiles of efficacy, specificity and toxicity and led to the identification of one hydroxamate inhibitor and one protein inhibitor, which were very efficient, non-toxic and very specific of BMP-1. The keratocyte secretome was shown to be a suitable model for the study of BMP-1 activities in the corneal context. More than 2022 proteins were identified, including the BMP-1 metalloprotease and 16 of its 33 already known substrates. Finally, 76 proteins modified by BMP-1 activity were identified in the keratocyte secretome. These results confirm the strong links between BMP-1, extracellular matrix assembly and TGF-beta, but also suggest new roles for this protease in cell proliferation and inflammation. Some of the newly identified substrates (TGFBI, HSP47 and collagen VI) are highly relevant in the context of corneal healing and were validated at the biochemical standpoint. In conclusion, BMP-1 is confirmed as a potential target to treat or prevent the formation of corneal opacities and the characterization of available inhibitors opens up important perspectives for preclinical studies in animals