Unravelling of a senescence associated with a secretory phenotype triggered by the mechanical defects of the endothelial cell upon the loss of CCM2 in a model of cerebral cavernoma.
Découverte d'une sénescence associée à un phénotype sécrétoire déclenchée par les défauts mécaniques de la cellule endothéliale lors de la perte de CCM2 dans un modèle de cavernome cérébral
Résumé
CCM (Cerebral Cavernous Malformations) lesions are formed by stacks of tortuous, dilated and hemorrhagic capillaries located in the brain. These brain capillaries are devoid of mural cells and are formed of a monolayer of weakly joined endothelial cells (EC). The loss of function mutation in one of the 3 ccm genes (ccm1, ccm2 and ccm3) is sufficient to induce the formation of CCM lesions in humans.In the different ccm mutant models, the ECs present defective tensional homeostasis characterized by a lack of coordination between the cell-matrix and cell-cell forces. This results in the formation of contractile actomyosin fibers anchored on numerous focal adhesions containing B1 integrin and in the loss of VE-cadherin-dependent intercellular junctions. The association of CCM1-3 proteins forms a molecular scaffold that controls downstream of RhoA the activity of ROCK1 and ROCK2 on the organization of the acto-myosin cytoskeleton. The CCM complex recruits ROCK2 at the VE-cadherin dependent junctions to promote a network of cortical actin stabilizing these intercellular junctions while at the same time, it inhibits the activity of ROCK1 to reduce the formation of ventral stress fibers and thus limit the adhesion of the EC to the extracellular matrix. It is known that the microenvironment in the lesion is reshaped in particular by immune cells that infiltrate it to trigger a chronic inflammatory response and promote the expansion of the lesion. It is also known that mutant ECs secrete metalloproteases and cytokines, that they overproduce ROS and that they undergo an endothelio-mesenchymal transition (endoMT). Finally, CCM lesions are mosaics of mutant and wild-type ECs recruited into the lesion over time. However, whether a link exists between all these phenomena conducive to the progression of the CCM lesion is not known and remains to be elucidated.My work during this PhD allowed me to propose a model that unifies all these cellular behaviors. Indeed, I have highlighted a premature aging of endothelial cells depleted in CCM2. I have shown that this senescence is associated with a secretory behavior SASP (Senescence Associated with a Secretory Phenotype) which gives the EC the ability to actively reshape its environment, in particular by degrading it locally, to invade it and attract by chemo-attraction wild EC and immune cells. The second major contribution of my work has been to show that this SASP is due to the dysregulation of the mechanics of the EC. Indeed, I have shown that the increase in intracellular contractility, associated with the loss of balance between the activities of ROCK1 and ROCK2, is responsible for this SASP. Inhibiting myosin II or depleting ROCK1 or ROCK2 restores the expression of half of the genes dysregulated by the loss of CCM2, blocks the appearance of senescence markers as well as the invasive and chemo-attractive capacities of CCM2-depleted ECs. These results open the way to the identification of new therapeutic targets responsible for the appearance and expansion of CCM lesions.
Les lésions CCM (Cerebral Cavernous Malformations) sont formées d’un empilement de vaisseaux capillaires tortueux, dilatés et hémorragiques situés dans le cerveau. Ces capillaires cérébraux sont dépourvus de cellules murales et sont formés d’une monocouche de cellules endothéliales (CE) peu jointives. La mutation perte de fonction de l’un des 3 gènes ccm (ccm1, ccm2 et ccm3) est suffisante pour induire la formation de lésions CCM chez l’Homme.Dans les différents modèles mutants ccm, les CE présentent une homéostasie tensionnelle défectueuse caractérisée par un défaut de coordination entre les forces d’adhésions cellule-matrice et cellule-cellule. Ceci se traduit par la formation de fibres contractiles d’actomyosine ancrées sur de nombreuses adhérences focales à intégrine B1 et par la perte des jonctions intercellulaires dépendantes de VE-cadhérine. L’association des protéines CCM1-3 forme une plateforme moléculaire qui contrôle, en aval de RhoA, l’activité des kinases ROCK1 et ROCK2 sur l’organisation du cytosquelette d’acto-myosine. Le complexe CCM recrute ROCK2 aux jonctions dépendantes de VE-cadhérine pour promouvoir un réseau d’actine cortical stabilisateur de ces jonctions intercellulaires alors que dans le même temps, il inhibe l’activité de ROCK1 pour réduire la formation de fibres de stress ventrales et ainsi limiter l’adhésion de la CE à la matrice extracellulaire. Il est connu que le microenvironnement de la lésion est remodelé notamment par des cellules immunitaires qui s’infiltrent pour déclencher une réponse inflammatoire chronique et favoriser l’expansion de la lésion. Il est également connu que les CE mutantes sécrètent des métalloprotéases et des cytokines, qu’elles surproduisent des ROS et qu’elles subissent une transition endothélio-mésenchymateuse (endoMT). Enfin, les lésions CCM sont des mosaïques de CE mutantes et sauvages qui sont recrutées au cours du temps dans la lésion. Néanmoins, le lien qui existe entre tous ces phénomènes favorables à la progression de la lésion CCM est encore mal compris et reste à élucider.Les travaux que j’ai effectués au cours de cette thèse m’ont permis de proposer un modèle qui unifie l’ensemble de ces comportements cellulaires. En effet, j’ai mis en lumière le vieillissement prématuré des cellules endothéliales déplétées en CCM2. J’ai montré que cette sénescence est associée à un comportement sécrétoire SASP (Senescence Associated with a Secretory Phenotype) qui confère à la CE la capacité de remodeler activement son environnement notamment en le dégradant de manière localisée, de l’envahir et d’attirer par chimio-attraction des CE sauvages et des cellules immunitaires. Le second apport majeur de mon travail a été de montré que cette SASP est due aux dérèglements dans la mécanique de la CE. En effet, j’ai montré que l’augmentation de la contractilité intracellulaire, associée à un défaut de coordination entre les activités de ROCK1 et ROCK2, est responsable de cette SASP. L’inhibition de la myosine II ou la déplétion préférentielle de ROCK1 ou de ROCK2, restaure l’expression de la moitié des gènes dérégulés par la perte de CCM2, bloque l’apparition des marqueurs de sénescence ainsi que les capacités invasives et chimio-attractantes des CE déplétées pour CCM2. Ces résultats ouvrent la voie vers l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour bloquer les mécanismes à l’origine de l’apparition et de l’expansion des lésions CCM.
Origine : Version validée par le jury (STAR)