Mécanismes moléculaires de la physiopathologie placentaire

Molecular mechanisms of placental pathophysiology

• Auteur / Autrice : Clara Apicella
• Direction : Daniel Vaiman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Noëlle Dieudonné
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Colin Murdoch, Céline Méhats
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Noëlle Dieudonné, Maris Laan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expression génique

ARN non codants

Épissage alternatif

Hypotrophie foetale

Toxémie gravidique

Physiopathologie

Placenta

Mots clés libres

Placenta

Prééclampsie

Restriction de croissance intra-utérine

EQTL

Épissage alternatif

ARN non codants

Génétique

Placenta

Preeclampsia

Intra-uterine growth restriction

EQTL

Alternative splicing

Non-coding RNAs

Genetics

Résumé

Le placenta est l'organe temporaire qui se développe pendant la gestation pour fournir des nutriments et des gaz respiratoires à l'embryon en développement, à partir de la circulation maternelle. De plus, il favorise l'immunotolérance maternelle et est le site clé de la sécrétion endocrinienne des hormones de grossesse. Le type cellulaire primaire du placenta est le trophoblaste d'origine fœtale. Les cytotrophoblastes mononucléés (CTB) prolifèrent et se différencient dans le trophoblaste extra-villeux (EVT) responsable de l'invasion placentaire et du remodelage des artères spiralées maternelles, ou dans le syncytiotrophoblaste multinucléé (STB) par fusion cellulaire. Le STB est en contact direct avec le sang maternel et à proximité immédiate de la circulation fœtale assurant les échanges entre les deux systèmes circulatoires. De plus, c'est le site endocrinien clé pour la sécrétion d'hormones dans le placenta. Les pathologies de la grossesse ont été largement liées à des anomalies placentaires ; nous nous intéressons à la prééclampsie (PE), caractérisée par une hypertension de novo et une protéinurie après 20 semaines de gestation et un retard de croissance intra-utérin (RCIU). Les deux maladies ont des conséquences potentiellement dramatiques sur la santé maternelle pour l'EP (pendant et longtemps après la grossesse) et la santé fœtale pendant la période périnatale et plus tard dans la vie, l'EP étant également l'un des facteurs de risque les plus élevés de décès du nouveau-né. Dans ce projet, nous avons étudié quatre aspects différents de la physiologie placentaire : 1) Nous avons analysé le transcriptome et le génotype de 57 échantillons de placenta humain et identifié un ensemble de 279 cis-expression Quantitative Trait Loci (cis- eQTL) statistiquement significatifs (False Discovery Rate ' 0,05), en corrélation avec les changements d'expression de 43 gènes uniques. Ces eQTLs ont mis en évidence trois régions distinctes, une sur le chromosome 6 et deux sur le chromosome 11, qui pourraient fonctionner comme des points chauds régulateurs dans le placenta 2) Nous avons identifié des différences fondamentales dans la régulation de l'épissage alternatif entre les placentas sains, PE et IUGR 3) Nous avons étudié le rôle d'ARN non-codants dans ces pathologies de la grossesse identifiant des différences fonctionnelles dans un répertoire de miARN et d'ARN longs non-codants UCA1, qui ont montré un rôle critique dans la syncytialisation 4) Nous présentons les progrès vers la conception d'un criblage de génome entier avec CRISPR / Cas9, visant à identifier les gènes candidats impliqués dans la fusion des trophoblastes. Ce projet de thèse a contribué à notre compréhension d'un large éventail de mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de la fonction placentaire : régulation génétique de l'expression des gènes, expression spécifique à la maladie d'isoformes d'ARN par épissage alternatif, molécules non codantes impliquées dans la régulation épigénétique de l'expression des gènes. Ces éléments pourraient ouvrir la voie à une meilleure intégration des mécanismes de base de la régulation de l'expression génique dans le placenta humain.

The placenta is the temporary organ that develops during gestation to provide nutrients and respiratory gases to the developing embryo, from the maternal circulation; additionally, it promotes maternal immunotolerance and is the key site of endocrine secretion of pregnancy hormones. The primary cell type of the placenta is the trophoblast of foetal origins. Mononucleated cytotrophoblasts (CTB) proliferate and differentiate in extra-villous trophoblast (EVT) responsible of placental invasion and maternal spiral arteries remodelling, or in the multinucleated syncytiotrophoblast (STB) through cell fusion. The STB is in direct contact with maternal blood and in close vicinity to the foetal circulation ensuring the exchanges between the two circulatory systems. Additionally, it is the key endocrine site for hormone secretion in the placenta. The pathologies of pregnancy have been largely linked to placental abnormalities; we are interested in preeclampsia (PE), characterized by de novo hypertension and proteinuria after 20 weeks of gestation and intra-uterine growth restriction (IUGR). Both diseases have potentially dramatic consequences on maternal health for PE (during and long after pregnancy) and foetal health perinatally and later in life, PE being also one of the highest risk factors for death of the new-born. In this project we investigated four different aspects of placental physiology: 1) We analysed the transcriptome and the genotype of 57 human placental samples and identified a set of 279 statistically significant (False Discovery Rate ' 0.05) cis-expression Quantitative Trait Loci (cis-eQTL), correlating with changes in expression of 43 unique genes. These eQTLs highlighted three distinct regions, one on chromosome 6 and two on chromosome 11, that could function as regulatory hotspots in the placenta 2) We identified fundamental differences in regulation of alternative splicing between healthy, PE and IUGR placentas 3) We investigated the role of non-coding RNAs in these pregnancy pathologies identifying functional differences in a repertoire of miRNAs and long non-coding RNA UCA1, which showed a critical role in syncytialisation 4) We present the progress towards the design of a whole genome-screen with CRISPR/Cas9, aimed at identifying candidate genes involved in trophoblast fusion. This PhD project contributed to our understanding of a broad spectrum of molecular mechanisms involved in the regulation of placental function: genetic regulation of gene expression, disease-specific expression of RNA- isoforms by alternative splicing, non-coding molecules that are involved in epigenetic regulation of gene expression. These elements could pave the way to an improved integration of basic mechanisms of gene expression regulation in the human placenta.