Modulateurs de la rhéologie érythrocytaire et de l’éryptose dans la drépanocytose : pierre angulaire entre microparticules érythrocytaires et dysfonction vasculaire ?

Modulators of red blood cell rheology and eryptosis in sickle cell anemia : the cornerstone between red blood cell microparticles and vascular dysfunction ?

• Auteur / Autrice : Elie Nader
• Direction : Philippe Connes, Cyril Martin, Marc Romana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie. Biologie. Santé
• Date : Soutenance le 20/11/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire interuniversitaire de biologie de la motricité (Saint-Etienne ; Lyon ; Chambéry ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Claude Duchamp
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Connes, Mélanie Franco, Sophie Rome
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Vinet, France Pirenne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Rhéologie (biologie)

Particules (matière)

Drépanocytose

Mots clés libres

Drépanocytose

Éryptose

Microparticules

Dysfonction vasculaire

Rhéologie

Monoxyde d'azote

Stress oxydant

Sickle cell anemia

Eryptosis

Microparticles

Vascular dysfunction

Rheology

Nitric oxide

Oxidative stress

Résumé

La drépanocytose est la première maladie génétique en France et dans le monde. Cette hémoglobinopathie mène à la production d’une hémoglobine mutée, appelée hémoglobine S (HbS), qui a la particularité de polymériser en condition désoxygénée, ce qui mène à la falciformation des globules rouges (GRs). Les GRs des patients drépanocytaires (SS) sont plus fragiles et moins déformables que des globules rouges d’individus non malades. Les patients souffrent ainsi d’une anémie hémolytique chronique, de crises vaso-occlusives douloureuses répétées et de nombreuses autres complications aiguës et chroniques. Cependant, ce mécanisme physiopathologique ne permet pas d’expliquer le caractère extrêmement polymorphe de l’expression clinique de la maladie. D’une maladie considérée à l’origine comme uniquement érythrocytaire, la drépanocytose est ainsi aujourd’hui également étudiée sous le prisme d’une pathologie vasculaire, où anomalies du globule rouge et dysfonction vasculaire seraient étroitement liées. Le stress oxydant et les facteurs pro-inflammatoires majorés ainsi que la biodisponibilité du monoxyde d’azote abaissée participeraient fortement à la physiopathologie de la maladie et notamment à la survenue d’une dysfonction vasculaire chronique. Nous avons montré au cours de cette thèse que le plasma des patients SS ainsi que des molécules plasmatiques inflammatoires augmentées dans la maladie exerçaient un effet délétère sur la rhéologie de leurs GRs, rhéologie qui participe à la survenue des complications cliniques. Nous avons également identifié que le stress oxydant majoré et la biodisponibilité du NO abaissée chez les malades altéraient la rhéologie des GRs. Ces résultats pourraient donc expliquer le bénéfice clinique de l’utilisation de la plasmaphérèse dans des rares cas de complications sévères résistantes à l’érythraphérèse. Nous avons également mis en évidence que le stress oxydant et le NO modulaient le phénomène d’éryptose ou mort du globule rouge chez les patients. Ce mécanisme s’accompagnerait de l’émission de microparticules de GRs (GR-MPs), qui se trouvent en concentration majorée chez les patients et de façon plus importante lors des crises. Nos études ont permis de mettre en évidence un lien entre ces GRs-MPs et la dysfonction macrovasculaire des patients. Nous avons également montré que des GR-MPs directement isolées chez les patients exerçaient un rôle délétère in vitro sur des cellules endothéliales de la macrocirculation. Celles-ci favorisaient l’expression de molécules d’adhérence et la production de cytokines pro-inflammatoires impliquées dans la dysfonction vasculaire et dans les complications de la maladie. Nos résultats ont révélé que ces propriétés toxiques des GR-MPs pourraient être due à l’activation du récepteur TLR4 sur l’endothélium. Des thérapies ciblées sur le stress oxydant, le NO ou encore TLR4 pourraient permette ainsi de limiter ces phénomènes et donc la survenue de complications. Le traitement de référence est actuellement l’hydroxyurée. Le mécanisme d’action principal de cette molécule repose sur l’augmentation de la production d’hémoglobine fœtale et donc la diminution de la concentration en HbS. Cette thèse a permis de mettre en évidence que l’hydroxyurée augmentait également la biodisponibilité du NO chez les patients, en lien probable avec un effet donneur de NO. Cet effet permettrait d’améliorer la déformabilité des GRs au travers d’une s-nitrosylation de la β-spectrine mais également d’abaisser le stress oxydant érythrocytaire. Ce traitement pourrait donc potentiellement réduire les phénomènes d’éryptose et d’émission de GR-MPs par ses propriétés sur le métabolisme du NO. Enfin, l’hydroxyurée menait également à inhiber la voie de production du NO intra-érythrocytaire. Les mécanismes à l’origine de cette inhibition ainsi que ses conséquences sur la production endogène de NO par les GRs restent cependant à être explorés.

Sickle cell disease is the first genetic disorder in France and worldwide. This hemoglobinopathy leads to the production of a mutated hemoglobin called hemoglobin S (HbS) which has the property to polymerize in deoxygenated condition, leading to red blood cell (RBC) sickling. Sickle cell anemia (SCA) patient RBCs are more fragile and less deformable than RBC from healthy individuals. Patients suffer from hemolytic anemia, repeated painful vaso-occlusive crisis and other acute and chronical complications. However, this physiopathological mechanism cannot explain the clinical expression variability of the disease. Therefore, SCA is now considered as both as an erythrocyte disease and a vascular disease where RBC alterations and vessels dysfunction are closely linked. Oxidative stress, pro-inflammatory factors and decreased nitric oxide (NO) bioavailability could contribute to the physiopathology of the disease and to a chronic vascular dysfunction. We showed that plasma from SCA patients and inflammatory plasma factors that are majored in patient blood had deleterious effects on SCA RBC rheology, rheology that is known to participate to clinical complications. We also identified that majored oxidative stress and decreased NO altered RBC deformability. Those results could explain the clinical benefits of plasmapheresis which is used in severe complications that are resistant to blood transfusion. We also observed that oxidative stress and NO modulated eryptosis i.e.: the red blood cell death. This mechanism could be accompanied by red blood cell microparticles (RBC-MPs) release. The concentration of RBC-MPs is majored in patient blood at steady state and even more during crisis. Our study revealed a link between SCA patients RBC-MPs concentration and macrovascular dysfunction. We also showed that RBC-MPs directly isolated from patient blood had deleterious effect in vitro on macrovascular endothelial cells. Indeed, they promoted the expression of adhesion molecules and the production of inflammatory cytokines that are involved in vascular dysfunction and clinical complications. Our results also showed that those toxic properties could be attributed to their ability to activate TLR4 on endothelial cells. Therefore, therapies targeting oxidative stress, NO or TLR4 could limit those mechanisms and the onset of complications. Currently, hydroxyurea is the reference medication in SCA. Hydroxyurea increased the production of fetal hemoglobin and so decreased the concentration of HbS. This thesis also showed that this drug could increase NO bioavailability in patients, potentially in link with its NO donor property. This effect could improve SCA RBC deformability by promoting the S-Nitrosylation of the β-spectrine protein and could also decrease RBC oxidative stress. Therefore, this treatment could potentially decrease eryptosis and RBC-MPs released by its effects on NO metabolism. Finally, we showed that hydroxyurea therapy inhibited RBC NO production pathway. The mechanisms at the origin of this inhibition and the consequences on the endogenous NO production still need to be explored