Impact de la drépanocytose sur les fonctions et le développement placentaires

Placental function and development in sickle cell disease pregnancies

• Auteur / Autrice : Anne-Gaël Cordier
• Direction : Sophie Gil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Développement
• Date : Soutenance le 10/07/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Galacteros
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Gil, Frédéric Galacteros, Olivier Morel, Marie Cohen, Alexandra Benachi, Coralie Guérin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Morel, Marie Cohen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Placenta

Drépanocytose

Mots clés libres

Grossesse pathologique

Placenta

Hémoglobinopathie

Trophoblaste

Facteurs angiogéniques

Cytokines

Métabolisme du tryptophane

Transcriptome

Complicated pregnancy

Placenta

Hemoglobinopathy

Trophoblast

Angiogenic factors

Cytokines

Tryptophan metabolism

Transcriptome

Résumé

La drépanocytose est la maladie héréditaire autosomique récessive la plus fréquente. Elle affecte la synthèse de l'hémoglobine suite à des mutations du gène de la chaîne de la ß-globine. La falciformation des globules rouges en situation d'hypoxie se manifeste par une anémie hémolytique chronique et une vaso-occlusion microvasculaire conduisant à des lésions d'ischémie-reperfusion et à des thromboses. Les taux sériques d'IL1ß, IL6, IL8, TNF-alpha et MCP1 sont significativement plus élevés chez ces patientes et participent à l'expression de molécules d'adhésion sur les cellules endothéliales. L'hémolyse chronique est responsable de la libération de l'hème et contribue à un état proinflammatoire et procoagulant qui provoque l'activation de l'endothélium. La grossesse est une situation à risque pour les femmes drépanocytaires en raison de la consommation accrue d'oxygène par la croissance fœtale et du contexte pro-inflammatoire qui augmente le risque de vaso-occlusion et d'hémolyse. La littérature a rapporté de nombreuses complications : prééclampsie, prématurité, retard de croissance intra-utérin et mort fœtale in utero. Très peu d'études sur la structure et les fonctions du placenta sont décrites dans la littérature. Le but de ce travail était de caractériser le développement et la fonction du placenta drépanocytaire et de rechercher une explication aux complications décrites. Dans notre cohorte de patientes drépanocytaires, nous avons constaté une dysmorphie placentaire majeure, malgré une croissance fœtale conservée. Notamment, nous avons observé un défaut d'arborisation des villosités choriales associé à une augmentation significative du ratio sFlt1 / PlGF à terme. L'analyse longitudinale des taux sériques de PlGF et de sFlt1 pendant la grossesse a confirmé cette altération de l'équilibre angiogénique. De plus, en réalisant des cultures cellulaires, nous avons constaté que les cytotrophoblastes des placentas drépanocytaires s'agrégeaient mais ne fusionnaient pas de manière efficace pour former le syncytiotrophoblaste et que la synthèse d'hCG associée était anormale. Cette morphologie anormale des placentas associée à une croissance fœtale conservée nous a amené à émettre l'hypothèse que des mécanismes compensatoires pourraient exister. L'environnement inflammatoire a été confirmé dans les sérums maternels par une augmentation significative de nombreuses cytokines. De plus, comme l'indolamine-2,3-dioxygénase (IDO1) est induite par les cytokines pro-inflammatoires et est impliquée dans la tolérance materno-fœtale, nous avons exploré la voie métabolique du tryptophane dans les placentas drépanocytaires. Comme attendu, le rapport kynurénine / tryptophane (activité IDO1) était significativement augmenté dans les sérums maternels et fœtaux. Par perfusion placentaire de tryptophane, nous avons mis en évidence une baisse du taux d'acide quinolinique dans le compartiment fœtal, expliquée par une forte diminution de l'activité placentaire de la Kynurénine 3-mono-oxygénase. L'impact sur la concentration en NAD, impliqué dans l'équilibre redox et dans de nombreuses voies métaboliques doit être évalué. L'analyse transcriptomique bioinformatique des gènes exprimés dans les cytotrophoblastes extraits des placentas drépanocytaires, a retrouvé des modifications du métabolisme lipidique : diminution de la Fatty acid transport protein 2, augmentation de la périlipine 2, associées à une diminution de la protéine MLN64 (transporteur du cholestérol mitochondrial). Ces résultats peuvent contribuer à expliquer la diminution des concentrations d'estradiol et de progestérone observées dans les sérums des patientes drépanocytaires à terme. Toutes ces données nous permettent d'avoir une meilleure connaissance de l'adaptation placentaire dans les grossesses drépanocytaires. Il est nécessaire de poursuivre les recherches pour établir un lien entre altération morphologique, dysfonctionnement placentaire et préservation de la croissance fœtale.

Sickle cell disease (SCD) is the most common inherited autosomal recessive disease that affects hemoglobin synthesis, because of mutations in the ß-globin chain gene inherited from each parent. Signs and symptoms of SCD usually begin in early childhood. The sickling of red blood cells in deoxygenated conditions manifest in chronic hemolytic anemia and microvascular vaso-occlusion leading to ischemia-reperfusion injury and infarction. Serum levels of IL1ß, Il6, TNF-alpha, IL8, MCP1 have been shown to be significantly elevated in SCD patients and activate the expression of adhesion molecules on endothelial cells. Chronic hemolysis is responsible for heme release, that contributes to a proinflammatory and procoagulant state and activates endothelium. Pregnancy is a significant concern for women with SCD because of the increased consumption of oxygen by fetal growth and the proinflammatory context that raise the risk of vaso-occlusion and hemolysis. Literature reported numerous complications including preeclampsia, premature birth, intrauterine growth retardation, and intrauterine fetal death. Very few studies on placental structure and functions are described in the literature. The aim of this work was to characterize SCD placental development and function and to search explanation of described pregnancies impairment. We first reported in a large cohort of SCD pregnancies, that major placental dysmorphias were observed, although growth retardation was not frequent. Notably, we observed a relative lack of arborization in chorial villosities with a significant increase of the ratio sFlt1 / PlGF leading at term. Longitudinal PlGF and sFlt1 levels during pregnancy confirmed this impairment in the angiogenic balance of SCD pregnancies. Furthermore, using cultured cells from SCD placentas, we found that cytotrophoblast cells aggregate normally but fuse inefficiently to form syncytiotrophoblast with an abnormal hCG synthesis. This abnormal placenta morphology with normal fetal growth led us to hypothesize that some compensatory mechanisms could counterpart those abnormal placentas. The inflammatory environment was confirmed by a significant increase of IL1 ß, IL6, IL8, IL10, TNF-alpha, MCP1 in maternal sera. Moreover, because Indoleamine-2,3-dioxygenase (IDO1) is induced by pro-inflammatory cytokines and is involved in feto-maternal tolerance, we explored tryptophan metabolic pathway in the placentas of pregnant women with SCD. As expected, Kynurenine/Tryptophan ratio (IDO1 activity) was significantly increased in maternal and fetal sera at term. By placental perfusion of tryptophan, we highlighted a drop in quinolinic acid fetal compartment concentration, explained by a strong decrease in Kynurenine 3-mono-oxygenase (KMO) activity. The impact on the NAD concentration, involved in redox balance and in numerous metabolic pathways have to be assessed. Finally, by bioinformatic transcriptomic analysis of cytotrophoblast gene expression, we have found modifications in lipid metabolism: a decrease in FATP2 (Fatty acid transport protein 2) and an increase in PLIN2 (perilipine 2) m RNA, associated to a decrease of MLN64 protein expression (mitochondrial cholesterol transporter). These results can contribute to explain the decrease in estradiol and progesterone concentrations observed in SCD maternal sera. All these datas allow us to have a better knowledge of placental adaptation to SCD pregnancies. Further investigation should be continued to link morphological impairment, placental dysfunction and fetal growth preservation.