Co-contribution de l'inflammation et de la biomécanique dans la régulation de l'axe « macrophage-fibroblaste-matrice » au cours de la mise en place et de la persistance de la fibrose tissulaire : comprendre pour mieux traiter.

Co-contribution of inflammation and biomechanics in the regulation of the 'macrophage-fibroblast-matrix' axis during the development and persistence of tissue fibrosis: to understand in order to treat better.

• Auteur / Autrice : Yasmin El mahi
• Direction : Céline Viennet-steiner, Gwenael Rolin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2023
• Etablissement(s) : Besançon, Université Marie et Louis Pasteur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interaction hôte-greffon-tumeur et ingénierie cellulaire et génique
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)

Mots clés

Mots clés libres

Fibrose

Macrophage

Fibroblaste

Mec

Chéloïdes

Mécanotransduction

Fibrosis

Macrophage

Fibroblast

Ecm

Keloids

Mechanotransduction

Résumé

La fibrose est un problème majeur de santé publique responsable d'environ 45% de la mortalité dans les pays industrialisés. Définie comme l'accumulation excessive de matrice extracellulaire (MEC), la fibrose est la conséquence d'un processus dérégulé de réparation tissulaire, souvent associé à une pathologie inflammatoire. Elle entraine une perte d'intégrité et de fonctionnalité de l'organe touché, puis potentiellement le décès du patient. Tous les organes peuvent être atteints par une fibrose, son étiologie est variable, et aucun traitement préventif ou curatif n'est aujourd'hui disponible. Notre projet ambitionne à élucider les mécanismes cellulaires et tissulaires responsables de la fibrose selon un axe « macrophage-fibroblaste-matrice »  comme prisme d'investigation et levier thérapeutique potentiel. Le rôle majeur du macrophage dans la fibrose fait consensus mais la dualité de son implication en fait un acteur complexe à étudier lorsqu'il interagit avec le fibroblaste, principal effecteur du dépôt de MEC. Les macrophages constituent une famille hétérogène et plastiques de cellules soit M1 pro-inflammatoires (TNFα, IL1β, IL-6…) ou M2 pro-résolutifs de l'inflammation (TGFβ, IL-10…). Le fibroblaste présente aussi ces mêmes caractéristiques, du point de vue phénotypique et fonctionnel (CD26, CD29, FAP, α-sm actin, collagen I…). En effet, durant la progression de la fibrose, le fibroblaste résident présente des propriétés inflammatoires et de dégradation de la matrice, puis un phénotype pro-fibrotique durant la phase de prolifération et de remodelage. Enfin, la MEC est aussi capable de réguler la fibrose à l'échelle cellulaire via la mécano-transduction et la modulation du matrisome. A notre connaissance, l'analyse multi-échelle de la fibrose du point de vue cellulaire, matricielle, inflammatoire et mécanique à la fois, n'a pas encore été documentée précisément. Pour atteindre les objectifs de ce projet, nous prendrons appui sur nos projets initiés avec le CHU de Besançon, le CIC Inserm 1431 et l'UMR Inserm 1098 sur la fibrose cutanée chéloïde (Etude Scar Wars NCT03312166, Projet Envergure Fibrolution, ANR PRCI S-Keloid). Ainsi, nous étendrons notre collection tissue-cellules pour mieux caractériser les signatures macrophagiques et fibroblastiques associées à la fibrose (histologie, single cell sequencing, micro-dissection laser…). Nous étudierons in vitro les interactions cellules-cellules-matrice sous le contrôle de stimuli mécaniques et inflammatoires combinés dans l'espace et dans le temps. Pour ce faire, nous modifierons nos modèles 3D dynamiques disponibles (gel de collagène, culture sur biomatériau, système Flexcell®) et les combineront à des méthodes d'analyse par microscopie real time (Incucyte, microscope holographique, confocal). Cette mise en œuvre permettra également d'obtenir le matériel nécessaire au décryptage des voies de signalisation impliquées et donc d'investiguer de nouveaux leviers thérapeutique de résolution de la fibrose. Certains font déjà l'objet actuellement de travaux préliminaires, l'un via la reprogrammation du macrophage et l'autre via des inhibiteurs d'arginase. A plus long terme, en collaboration avec l'ensemble de l'UMR, notre stratégie saura être transposée vers d'autres fibroses (pulmonaire, cardiaque, rénale…) pour éclaircir l'étiologie de celles-ci. Enfin, d'étroites interactions pourront être mises en œuvre avec la cancérologie, dans la mesure où les fibroblastes issus de fibroses non cancéreuses partageraient de grandes similitudes avec les fibroblastes associés au cancer (CAF).

Fibrosis is a major public health problem responsible for about 45% of mortality in industrialised countries. Defined as the excessive accumulation of extracellular matrix (ECM), fibrosis is the consequence of a deregulated tissue repair process, often associated with inflammatory pathology. It leads to loss of integrity and functionality of the affected organ and potentially to the death of the patient. All organs can be affected by fibrosis, its etiology is variable, and no preventive or curative treatment is currently available. Our project aims to elucidate the cellular and tissue mechanisms responsible for fibrosis along a 'macrophage-fibroblast-matrix' axis as an investigative prism and potential therapeutic lever. There is a consensus on the major role of the macrophage in fibrosis but the duality of its involvement makes it a complex player to study when it interacts with the fibroblast, the main effector of ECM deposition. Macrophages constitute a heterogeneous and plastic family of cells either pro-inflammatory M1 (TNFα, IL1β, IL-6...) or M2 pro-inflammatory cells (TGFβ, IL-10...). The fibroblast also has these same characteristics, from a phenotypic and functional point of view (CD26, CD29, FAP, α-sm actin, collagen I...). Indeed, during the progression of fibrosis, the resident fibroblast displays inflammatory and matrix degrading properties, followed by a pro-fibrotic phenotype during the proliferation and remodelling phase. Finally, the ECM is also capable of regulating fibrosis at the cellular level via mechano-transduction and modulation of the matrisome. To our knowledge, the multi-scale analysis of fibrosis from the cellular, matrix, inflammatory and mechanical points of view, has not yet been precisely documented. In order to achieve the objectives of this project, we will rely on our projects initiated with the Besançon University Hospital, the Inserm CIC Inserm 1431 and the UMR Inserm 1098 on keloid skin fibrosis (Scar Wars NCT03312166 study, Projet Envergure Fibrolution, ANR PRCI S-Keloid). Thus, we will extend our tissue-cell collection to better characterize the macrophagic and fibroblastic signatures associated with fibrosis (histology, single cell sequencing, laser micro-dissection...). We will study in vitro cell-cell-matrix interactions under the control of combined mechanical and inflammatory stimuli in space and time. In order to do so, we will modify our available dynamic 3D models (collagen gel, biomaterial culture, Flexcell® system) and combine them with analysis methods by real-time microscopy (Incucyte, holographic microscope, confocal microscopy). This implementation will help to decode the signalling pathways involved and therefore to investigate new therapeutic tools for the resolution of fibrosis. Some of these are already the subject of preliminary work, one via macrophage reprogramming and the other via arginase inhibitors. In the longer term, in collaboration with the entire research team, our strategy will be transposed to other fibroses (pulmonary, cardiac, renal, etc.) to clarify their etiology. Finally, close interactions could be implemented with cancerology, insofar as fibroblasts from non-cancerous fibroses share great similarities with the fibroblasts associated with cancer (CAF).