Etude de régulation de la formation des podosomes par un microRNA multifonctionnel dans les cellules endothéliales microvasculaires et son role dans le remodelage vasculaire

Regulation of podosome formation by a multifunctional microRNA in microvascular endothelial cells to study its role in vascular remodeling

• Auteur / Autrice : Yuechao Dong
• Direction : Elisabeth Génot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire et Physiopathologie
• Date : Soutenance le 17/06/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche cardio-thoracique de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Christine Varon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elisabeth Génot, Christine Varon, Isabelle Corre, Pirjo Spuul, Ijsbrand M. Kramer, Christine Benistant
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Corre, Pirjo Spuul

Mots clés

Mots clés contrôlés

Néovascularisation

Cellules endothéliales

Mots clés libres

MiR-155

Vascular remodeling

Podosome

Cellules endothéliales

Angiogenese

MiR-155

Vascular remodeling

Podosome

Endothelial cells

Angiogenesis

Résumé

L'angiogenèse est la formation de néo-vaisseaux à partir de la vascularisation existante. Ce processus est orchestré par les cellules endothéliales et contrôlé par des facteurs pro- et anti-angiogéniques qui fonctionnent de manière coordonnée. Alors que le stimulus angiogénique initial est généralement une cytokine, le processus est finement régulé par le microenvironnement. Dans cette thèse, nous avons révélé 2 nouveaux acteurs du processus. Le premier est le micro-ARN miR-155, un régulateur de l'expression génique et le second est la fibrilline-1, une protéine de la matrice extracellulaire.miR-155 est l'un des microARNs les plus communs. Son expression est augmentée dans l'inflammation et le cancer, où une angiogenèse pathologique aggrave la maladie. Nous avons donc cherché s’il existait un lien entre la surexpression du miR-155 et l'angiogenèse. Nous avons d'abord mis en évidence l'activité angiogénique du miR-155 dans un modèle de vascularisation chez la souris. En utilisant la rétine néonatale, nous avons montré que l'exposition du réseau vasculaire en développement à des taux élevés de miR-155 accroit la densité vasculaire, et que cet événement est associé à une augmentation des podosomes. Dans ce modèle, nous avons également montré que le miR-155 est indispensable pour l'angiogenèse physiologique. Pour explorer les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans les effets pro-angiogéniques du miR-155, nous avons modifié les taux de miR-155 dans les cellules endothéliales microvasculaires, in vitro. Dans les tests fonctionnels, le miR-155 favorise le bourgeonnement des cellules endothéliales et la formation de podosomes, reflétant des activités pro-invasives. À l'appui de ces résultats, MiR-155 régule l’activité des metalloproteases MT1-MMP et MMP2, et stimule par ce biais la dégradation des protéines matricielles. Concernant le mécanisme d'action, plusieurs cibles ont été identifiées et nous sommes focalisés sur les facteurs de transcription Smad1 et Smad5 qui participent à la signalisation Notch et, par conséquent, au destin cellulaire. Nos résultats mettent en évidence l'activité pro-angiogénique du miR-155 et ciblent son action sur la voie Notch. Ils suggèrent que le miR-155 pourrait réduire l'activité Notch et ainsi promouvoir les caractéristiques des cellules endothéliales invasives au cours de l’angiogenèse physiologique.La fibrilline-1 est une glycoprotéine de la matrice extracellulaire. Elle est bien caractérisée en tant que composant des fibres élastiques qui forment le support structurel des artères élastiques. Des mutations dans le gène codant pour la fibrilline-1 entraînant des anévrismes et/ou une dissection de l'aorte (syndrome de Marfan). Nous avons utilisé le modèle de vascularisation de la rétine de la souris pour explorer le rôle de la fibrilline-1 dans l'angiogenèse. La fibrilline-1 est détectée autour des artérioles mais également dans la membrane basale au niveau du front angiogénique. Chez les souris possédant une mutation dans le gène de la fibrilline-1 (Fbn1C1041G/+, un modèle de la maladie de Marfan), la microvasculature est altérée à ces sites. Nous avons également montré que la mutation du gène de la fibrilline-1 ralentit l'angiogenèse en affectant la signalisation Notch. Dans le réseau vasculaire en croissance chez des souris Fbn1C1041G/+, l’apport d’un fragment dérivé de la fibrilline1 corrige le phénotype. Nos résultats établissent que la fibrilline-1 remplit des fonctions essentielles au cours de l'angiogenèse physiologique.Au cours de ces travaux, nous avons identifié que le miR-155 favorise la formation de podosomes et le bourgeonnement angiogénique. Il est donc susceptible de jouer un rôle important dans l'angiogenèse pathologique associée à l’état inflammatoire. En montrant le rôle régulateur de la fibrilline-1 dans la signalisation Notch, nous mettons en évidence le rôle essentiel de la matrice extracellulaire dans le processus angiogénique.

Angiogenesis is the growth of blood vessels from the existing vasculature. This complex process is driven by endothelial cells and controlled by pro-angiogenic and anti-angiogenic factors that function coordinately. While the initial angiogenic stimulus is generally a cytokine (commonly VEGF) triggering a membrane receptor, the process is fine-tuned, directly or indirectly, by the microenvironment. In the present thesis, we have unraveled two novel players contributing to the angiogenic process. The first one is a regulator of gene expression, the micro-RNA miR-155, and the second one is the extracellular matrix protein fibrillin-1.miR-155 is one of the most common microRNA. It is upregulated in inflammation and cancer in which increased angiogenesis aggravates the diseases. We therefore explored a possible link between miR-155 overexpression and angiogenesis. We first provided evidence for the pro-angiogenic activity of miR-155 in a vascularization model in the mouse. Using the neonatal retina, we showed that exposing the developing vasculature to high levels of miR-155 increased endothelial sprouting and vascular density, and this was associated with increased podosome formation. In this model, we also showed that miR-155 is required during physiological angiogenesis. To explore the cellular and molecular mechanisms underlying miR-155 pro-angiogenic effects, we altered miR-155 levels in microvascular endothelial cells, in vitro. In functional assays, miR-155 promoted endothelial cell sprouting and podosome formation reflecting pro-invasive activities. In support of this, MiR-155 also regulated MT1-MMP and MMP2 activities, and stimulated extracellular matrix degradation. Regarding the mechanism of miR-155 action, several important actors of endothelial cell biology were found as miR-155 targets. We focused on Smad1 and Smad5 that have been shown to regulate Notch signaling and thereby cell fate decision. Silencing Smad1/5 phenocopied some features of miR-155-enriched cells. Finally, we show that miR-155 and VEGF-A do not regulate each other’s expression. Our results unveil the pro-angiogenic activity of miR-155 and establish its action on Notch regulation. They suggest that miR-155 may lower Notch activity to promote tip cell features associated with cell invasion during physiological angiogenesis.Fibrillin-1 is a large glycoprotein of the extracellular matrix. It is well known as a component of elastic fibers that form the structural support of elastic arteries as mutations in the gene encoding fibrillin-1 lead to aortic aneurysm and dissection (Marfan syndrome). We used the mouse retina vascularization model to explore the role of fibrillin-1 in sprouting angiogenesis. Fibrillin-1 was found around arterioles but we also detected it in the basement membrane underlying the angiogenic front. In fibrillin1 mutant mice (Fbn1C1041G/+ mice, a model of Marfan disease), the microvasculature was found altered at these sites. Endothelial tip-cell sprouting and branching were found decreased, and we showed that mutant fibrillin-1 delays angiogenesis by affecting Notch signaling. Supplying the growing vasculature of Fbn1C1041G/+ mice with a fragment of fibrillin-1 corrected all defects. Our data establish that fibrillin-1 performs essential functions during physiological angiogenesis.With this work, we have identified that miR-155 promotes podosome formation and angiogenic sprouting and is therefore likely to play an important role in pathological angiogenesis associated with inflammation conditions. By showing the regulatory role of fibrillin-1 in Notch signaling, we highlight further the essential role of the extracellular matrix in the regulation of the angiogenic process.