Bcl11b/CTIP2, un facteur de transcription : son rôle dans l'homéostasie cardiaque et la physiopathologie

Bcl11b/CTIP2, a transcription factor : its role in cardiac homeostasis and pathophysiology

• Auteur / Autrice : Hoang Duc Minh Pham
• Direction : Zhenlin Li, Ara Parlakian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 10/07/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physiologie, Physiopathologie et Thérapeutique (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Adaptation biologique et vieillissement (Paris ; 2014-2024)
• Jury : Président / Présidente : Sonia-Athina Karabina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Chapel, Marcel Tawk, Véronique Regnault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Didier, Claudio Areias Franco

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mort cellulaire

Facteurs de transcription

Homéostasie

Myocarde -- Maladies

Mots clés libres

Bcl11b

Cardiomyopathie

Mitochondrie

Mort cellulaire

Facteur de transcription

Bcl11b

Cardiomyopathy

Mitochondria

Cell death

Transcription factor

Résumé

Sous l'effet de diverses stimulations physiologiques et pathologiques, le cœur initie un processus appelé remodelage cardiaque. Ce processus se caractérise par des modifications fonctionnelles, moléculaires, métaboliques et morphologiques pouvant conduire à la mort des cardiomyocytes et à une insuffisance cardiaque. Chez l'homme, des polymorphismes génétiques au sein d'un locus spécifique englobant le gène Bcl11b ont été associés à un risque accru de maladies cardiovasculaires, soulignant ainsi l'importance de comprendre les rôles et les mécanismes de Bcl11b dans le système cardiaque. Au cours de mon doctorat, j'ai étudié l'impact du facteur de transcription Bcl11b sur le système cardiovasculaire en utilisant un modèle de knockout spécifique du cœur, basé sur une stratégie Cre/loxP chez la souris. Cette approche a permis l'ablation de Bcl11b de manière contrôlée dans le temps et restreinte au cœur. Nos précédents examens des cœurs mutants ont révélé la présence de zones de ''cellules mortes'' et une invasion de macrophages accompagnée d'inflammation et de fibrose. De plus, une analyse histologique a identifié la présence de cardiomyocytes positifs pour l'IgG, indiquant une possible fragilité de la membrane cellulaire. Au niveau fonctionnel, les cœurs déficients en Bcl11b montrent une diminution de la contractilité cardiaque et l'éjection du sang. Chez les souris mutantes, une analyse échocardiographique a révélé une diminution de 17% de la fraction d'éjection et une diminution de 13,5% de la fraction de raccourcissement par rapport aux contrôles. Le séquençage de l'ARN (RNA-seq) indique que l'invalidation de Bcl11b a un impact sur la régulation de plus de 1200 gènes. Parmi eux, les gènes liés à la mort cellulaire et aux fonctions mitochondriales sont les plus affectés en termes d'analyse des scores d'enrichissement. La consommation d'oxygène des mitochondries a également été mesurée en utilisant la méthode Seahorse, démontrant que la délétion de Bcl11b conduit à une diminution de la consommation d'oxygène mitochondrial à l'état basal. Nous avons également observé des changements ultrastructuraux dans les mitochondries avec des caractéristiques spécifiques de la mitophagie, ainsi que des mitochondries gonflées. Pour la caractérisation morphologique, j'ai mis en place et optimisé un protocole basé sur le système de Langendorff pour isoler des cardiomyocytes adultes de souris. J'ai également généré un flux de travail standardisé basé sur une macro adaptée d'ImageJ combinée à un algorithme d'apprentissage automatique pour extraire et analyser les caractéristiques morphologiques des cardiomyocytes à l'aide de photomicrographies à haute résolution. Dans les cardiomyocytes dépourvus de Bcl11b, l'analyse morphométrique a révélé une hypertrophie modérée et une réduction de la longueur moyenne des sarcomères. En résumé, les données de mon travail de doctorat mettent en évidence l'importance de Bcl11b dans la régulation de la contractilité cardiaque, la préservation de l'intégrité cellulaire et la gestion de l'énergie cellulaire.

Upon stimulation by various physiological and pathological cues, the heart initiates a process called cardiac remodeling. This process is characterized by functional, molecular, metabolic and morphological changes that can lead to cardiomyocyte death and heart failure. In humans, genetic polymorphisms within a specific locus that encompasses the Bcl11b gene have been associated with a higher risk of cardiovascular disease, thus highlighting the significance of comprehending the roles and mechanisms of Bcl11b in the cardiac system. During my PhD, I studied the impact of the transcription factor Bcl11b on the cardiovascular system by using a cardiac-specific knockout model of the gene utilizing a Cre/loxP-based strategy in mice. This approach allowed for the temporally controlled, cardiac-restricted ablation of Bcl11b. Our previous examination of mutant hearts revealed the presence of “dead cell” zones and macrophage invasion accompanied by inflammation and fibrosis. Additionally, histological analysis identified the presence of IgG-positive cardiomyocytes, indicating a potential compromise in cell membrane integrity. At the functional level, the Bcl11b-deficient hearts show a decline in cardiac contractility and blood pump efficiency. In mutant mice, echocardiographic analysis revealed a 17% decrease in ejection fraction and a 13.5% decrease in fractional shortening as compared to controls. RNA sequencing indicates that Bcl11b invalidation has an impact on the regulation of over 1200 genes. Among them, genes related to cell death and mitochondrial functions are the most affected regarding enrichment scores analysis. The oxygen consumption of mitochondria was also measured using the Seahorse assay, demonstrating that Bcl11b deletion leads to a decreased oxygen consumption in mitochondria. We also observed ultra-structural changes in mitochondria reminiscent of features specific to mitophagy, along with swollen mitochondria. For morphological characterization, I set up and optimized a Langendorff-based protocol to isolate adult mouse cardiomyocytes. I also generated a standardized workflow based on a customized ImageJ macro combined with a machine-learning algorithm to extract and analyze the morphological features of cardiomyocytes using high-resolution/high-content photomicrographs. In cardiomyocytes lacking Bcl11b, morphometric analysis revealed a moderate hypertrophy and a reduction in the average sarcomere length. Taken together, my PhD work data highlight the importance of Bcl11b in the regulation of cardiac contractility, the preservation of cellular integrity, and the management of cellular energetics.