ABCC6 et biominéralisation rénale et vasculaire

ABCC6 and renal and vascular biomineralisation

• Auteur / Autrice : Élise Bouderlique
• Direction : Emmanuel Letavernier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie intégrée
• Date : Soutenance le 17/10/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physiologie, Physiopathologie et Thérapeutique (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Maladies rénales fréquentes et rares (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Crambert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Bazin, Ludovic Martin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Maurey, Claire Bardet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcification

Artères

Étiologie

Maladies rénales

Mots clés libres

Abcc6

PXE

Calcification

Résumé

La survenue de calcifications ectopiques est un problème majeur de santé publique. Les calculs rénaux notamment affectent 10 % de la population générale et peuvent avoir de multiples complications pouvant aller jusqu’à l’insuffisance rénale chronique terminale. Les calculs de type « oxalo-calciques » sont les plus fréquents. Ils sont souvent générés sur des plaques de Randall, des calcifications interstitielles papillaires faites de phosphate de calcium (apatite). Au cours des dernières décennies, une augmentation importante de la prévalence de ces calculs a été observée chez les jeunes adultes, suggérant que des facteurs environnementaux puissent favoriser l’émergence de ces plaques. Les calcifications vasculaires sont des calcifications ectopiques responsables d’une morbi mortalité élevée. On les distingue en général en deux types : intimales et liées à la survenue de plaques d’athérome ou médiales et associées à des pathologies systémiques telles que l’insuffisance rénale chronique ou le Pseudoxanthome élastique. Le Pseudoxanthome élastique (PXE) est une maladie rare monogénique se manifestant par la survenue de calcifications ectopiques rétiniennes, cutanées, vasculaires et rénales. Cette maladie est due à des mutations du gène ABCC6, impliqué dans le métabolisme du pyrophosphate, un inhibiteur majeur de la bio minéralisation. Le modèle murin invalidé pour Abcc6 est également affecté par des calcifications ectopiques, notamment des vibrisses, des vaisseaux, des papilles rénales (plaque de Randall), et des rétines. Le taux circulant de pyrophosphate est bas chez les patients et chez ces souris. Nous avons évoqué l’implication potentielle de la supplémentation en vitamine D, largement répandue, sur la survenue de plaques de Randall et l’aggravation des calcifications vasculaires. Nous avons donc étudié l’impact de la supplémentation en vitamine D et/ou en calcium sur la survenue de plaque de Randall dans notre modèle murin Abcc6-/-. L’administration chronique de doses modérées de vitamine D et de calcium a suffi a aggravé le développement de ces plaques de façon significative, confortant ainsi notre hypothèse initiale. Dans une deuxième partie, nous avons analysé l’évolution des calcifications vasculaires chez les animaux Abcc6-/- exposés à cette supplémentation en vitamine D et en calcium. Que ce soit au niveau rénal ou vasculaire, on retrouvait une augmentation de volume significative des calcifications vasculaires lors de la supplémentation mixte en calcium et en vitamine D. Cela implique notamment de considérer avec prudence la supplémentation en vitamine D chez les patients atteints de PXE, et suggère qu’en population générale ces suppléments pourraient poser problème chez des individus prédisposés. Dans une dernière partie, nous avons analysé la survenue de calcifications vasculaires au sein du modèle Abcc6-/-, dans un contexte de maladie rénale chronique modérée (MRC) induite par l’acide aristolochique. Ce modèle était utilisé en raison de son caractère modéré et bien toléré sur le long terme (6 mois). Tout d’abord, nous avons noté, que les calcifications vasculaires étaient plus sévères chez les animaux atteints de MRC et prédominaient au niveau de la crosse aortique. Les principaux facteurs mis en cause dans notre modèle était l’élévation de l’expression et de l’activité des phosphatases alcalines tissulaires et le défaut de pyrophosphate circulant. Ensuite, nous avons confirmé que l’administration orale de pyrophosphate était suffisante pour protéger contre les calcifications vasculaires et bien tolérée, faisant de notre modèle une étude préclinique intéressante pour les patients atteints de MRC.

Biomineralisation is an important issue in global health care. Indeed, concerning kidney stones disease, almost 10 % of whole population is affected. Major complications such as end stage of chronic kidney disease may affect some of these patients. The most frequent stone component is calcium oxalate (especially monohydrate). These stones originate frequently from an interstitial tissue calcification, the Randall’s plaque, which is made of calcium phosphate (apatite). During the past decades, the prevalence of lithiasis associated with Randall plaque has increased, mainly in young adults, raising the issue of environmental factors involved in these processes. Another biomineralization localization of interest is the vascular component. The vascular calcifications are usually divided into two groups: intimal one’s which are associated with atheromatous plaques and the medial one’s which are associated with systemic disease such as chronic kidney disease or pseudoxanthoma elasticum (PXE). PXE is a rare, monogenic disease characterized by ectopic calcifications affecting eyes, skin, vessels and kidneys. ABCC6 mutations are implied, which are linked to pyrophosphate metabolism, a major biomineralization inhibitor. Murine Abcc6 knock out model, mimics human calcifications with phosphocalcics deposits in vibrissae, vessels, kidneys (Randall Plaque) and retina. ABCC6 impairment results in decreased plasmatic and urinary pyrophosphate levels. We hypothesized that vitamin D supplements, widely administered into children population, could be involved in biomineralization process. We studied the Randall plaque status in Abcc6-/- murine model with or without combined administration of calcium and vitamin D. We found an increased volume of papillary calcifications with the combined supplementation of calcium and vitamin D, suggesting that vitamin D administration could be a risk factor of Randall plaque development. In a second part, we studied the vascular calcifications in our Abcc6-/- murine model associated with calcium and vitamin D and found a significant association between these supplements and the calcification volume. These data sound a warning regarding the widespread supplementation in calcium and vitamin D, especially in the PXE population. In a last part, we analyzed the vascular calcifications associated with chronic kidney disease (CKD) induced by aristolochic acid in the Abcc6-/- model. We used this model owing to its well tolerated and moderate status on the long term (6 months). First, we noticed that vascular calcifications were accelerated in the CKD group and predominated in the aorta cross. The two main factors involved were pyrophosphate deficiency (Abcc6-/-) and an increased expression and activity of alkaline phosphatase enzyme. Then, we confirmed that oral supplement in pyrophosphate is sufficient and well tolerated in order to decrease the CKD-induced vascular calcifications, suggesting that oral pyrophosphate might be an interesting strategy to prevent vascular calcification in CKD patients.