Les ARNs non-codants comme biomarqueurs pronostiques de l’arrêt cardiaque

Non-coding RNAs as prognostic biomarkers of cardiac arrest

• Auteur / Autrice : Francesca Maria Stefanizzi
• Direction : Yvan Devaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Luxembourg Institute of Health
• Jury : Président / Présidente : Bruno Charpentier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yvan Devaux, Florence Pinet, Cécile Vindis, Nicolas Deye
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Pinet, Cécile Vindis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mort subite cardiaque

Marqueurs biologiques

ARN non codants

Mots clés libres

Biomarqueurs

ARNs non-Codants

Arrêt cardiaque

Biomarkers

Non-Coding RNAs

Cardiac arrest

Résumé

L'arrêt cardiaque extra-hospitalier (ACEH) est l'une des principales causes de décès, touchant environ 100 personnes sur 100 000 par an en Europe. Une réanimation a été tentée dans 50 à 60 % des cas, et en moyenne, 8 % des survivants sont sortis de l'hôpital. Un pronostic précis de l'évolution de ces patients permettrait de mieux adapter les soins de santé. Malgré les progrès réalisés, le pronostic post-ACEH reste encore trop peu fiable. De ce fait, la découverte de nouveaux biomarqueurs spécifiques pourrait améliorer les approches actuelles. Les ARN non-codants détectés dans le sang représentent un réservoir de nouveaux biomarqueurs. Parmi eux, certains microARN (miARN) ont déjà été associés au pronostic des patients après un ACEH.Sur cette base, une première étude a pour but de déterminer si des miARN circulants pourraient refléter l'étendue des lésions cérébrales post-ACEH. À cette fin, des miARN ont été identifiés par séquençage du plasma prélevé 48h post-ACEH chez 50 patients provenant de l'essai TTM (Targeted Temperature Management) et sélectionnés selon leur évolution neurologique favorable ou défavorable, 6 mois post-ACEH. Ces miARN ont été corrélés avec l'énolase spécifique des neurones (NSE), un marqueur de lésions cérébrales. Parmi ces miARN, les miR-9-3p, miR-124-3p et miR-129-5p, connus comme étant enrichis dans le cerveau, ont montré une corrélation positive significative avec la NSE. De plus, ces 3 miARN se sont avérés être des prédicteurs de l’évolution neurologique post-ACEH. Ces résultats suggèrent que les niveaux circulants de ces miARN peuvent refléter l'étendue des lésions cérébrales, renforçant ainsi leur potentiel pour aider au pronostic de l’évolution post-ACEH.Dans une deuxième étude, l'objectif était d'identifier des longs ARN non-codants (ARNlnc) et des ARN circulaires (ARNcirc) capables de prédire l'évolution des patients après un ACEH. À cette fin, les échantillons sanguins prélevés 48h post-ACEH chez 46 patients TTM sélectionnés en fonction de leur évolution neurologique à 6 mois ont été séquencés. Parmi les candidats identifiés, 5 ARNcirc (circAGO2, circDLG1, circDNM2, circFAM13b et circNFAT5) et 1 ARNlnc (lnc-IL1R1-1:2) ont été sélectionnés et mesurés par qPCR chez les 542 patients restants de l’étude TTM. La capacité de ces 6 candidats à prédire l’évolution neurologique a été évaluée par régression logistique, et la survie grâce aux courbes de Kaplan-Meier et aux modèles de Cox. Parmi les candidats étudiés, circNFAT5 fût le meilleur pour prédire l’évolution neurologique et la survie 6 mois post-ACEH. Par conséquent, cet ARNcirc fût sélectionné pour des études fonctionnelles in-vitro. Dans les modèles in-vitro imitant un syndrome post-arrêt cardiaque, circNFAT5 fût modulé lors de l'activation des cellules T et des monocytes, suggérant un lien possible entre cet ARNcirc et le processus inflammatoire post-ACEH. De plus, des expériences préliminaires ont suggéré une relation indépendante de l'expression de circNFAT5 de celle de son gène parental, renforçant un rôle fonctionnel indépendant de circNFAT5. Après avoir investigué plusieurs pistes, aucune d’entre elles n’a permis d’identifier formellement les fonctions de circNFAT5. Par conséquent, des explorations futures seront nécessaires pour comprendre les fonctions biologiques de circNFAT5. Enfin, les 3 ARNcirc les plus performants identifiés dans l'étude TTM ont également été mesurés par qPCR chez les 674 patients de l'essai TTM2. Les 3 ARNcirc ont confirmés leur capacité de prédiction de l’évolution neurologique et de la survie, mais uniquement dans le groupe de patients traités en normothermie. CircDNM2 fût le candidat le plus performant dans cette étude.En conclusion, ce projet visait à investiguer l'utilisation potentielle des ARNnc comme biomarqueurs après un ACEH et représente un point de départ pour de futures études sur l'utilité clinique et les mécanismes d'action des candidats identifiés pour le pronostic des patients après un ACEH.

Cardiac arrest is one of the leading causes of death worldwide, affecting on average 100 out of 100,000 people per year in Europe. Of these, resuscitation is attempted in 50-60% of cases, and survivors to hospital discharge average 8%. Accurate prediction of the outcome of these patients would help adapt health care. However, despite progress in this field, the prognosis of these patients remains poor. Therefore, the discovery of new specific biomarkers could improve current multimodal prediction approaches. Non-coding RNAs (ncRNAs) detected in blood represent a reservoir of novel biomarkers. Among them, circulating levels of micro RNAs (miRNA) have already been shown to be associated with outcome prediction of patients after out-of-hospital cardiac arrest (OHCA).In light of this, an initial study was designed to determine whether the levels of miRNAs identified in patients after OHCA may indeed reflect the extent of brain damage. To this end, circulating levels of miRNAs were assessed by sequencing plasma samples collected 48h after ROSC of 50 patients from the Targeted Temperature Management (TTM) trial grouped according to their favourable or unfavourable neurological outcome, 6 months after OHCA. These miRNAs were correlated with neuron-specific enolase (NSE), a marker of brain damage. Among miRNAs, brain-enriched miR9-3p, miR124-3p and miR129-5p showed significant positive correlation with NSE. Furthermore, all 3 miRNAs showed to be predictors of neurological outcome. Thus, these results indicated that circulating levels of brain-enriched microRNAs may indeed reflect the extent of brain damage, strengthening their potential to aid in the outcome prognostication after OHCA.In a second study, the goal was to identify potential long ncRNAs (lncRNA) and circular RNAs (circRNA) able to predict the outcome of patients after OHCA. To this end, whole blood samples of 46 TTM patients grouped according to their neurological outcome were sequenced. Among the lncRNAs and circRNAs identified, 5 circRNAs (circAGO2, circDLG1, circDNM2, circFAM13b and circNFAT5) and 1 lncRNA (lnc-IL1R1-1:2) were selected and measured by qPCR in the remaining TTM samples (n=542). The ability of candidates to predict neurological outcome was assessed by logistic regression and survival with Kaplan-Meier and Cox proportional hazards curves. Among the selected candidates, circNFAT5 performed best in predicting neurological outcome and survival 6 months after OHCA. Therefore, this circRNA was selected for preliminary in-vitro functional studies. Among the in-vitro treatments mimicking a post-cardiac arrest syndrome, circNFAT5 was found to be significantly modulated upon activation of T-cells and monocytes, suggesting an association of this circRNA with the inflammatory process occurring after OHCA. Furthermore, preliminary experiments suggested an independent relationship of circNFAT5 expression with its parental gene, strengthening the belief of a functional regulatory role of circNFAT5. Although, different attempts were made to elucidate the regulatory mechanisms of action of circNFAT5, no potential functions could be delineated in this work. Therefore, future explorations are needed to shed light on the possible biological functions performed by circNFAT5. Finally, the 3 best performing circRNAs identified in the TTM-trial were also measured by qPCR in 674 patients of the TTM2-trial. Following the same analyses presented in TTM, the three circRNAs were confirmed as independent predictors of neurological outcome and survival, but only in the normothermia group of TTM2, with circDNM2 as best performing candidate.In conclusion, this project aimed to deepen the understanding of the potential use of ncRNAs as biomarkers after OHCA and represented a starting point for future studies focusing on the clinical utility and mechanisms of action of the identified candidates in the outcome prognostication of patients after OHCA.