Rôles respectifs de Bone Morphogenetic Protein 10 (BMP10) cardiaque et hépatique dans le système cardiovasculaire

Respective roles of cardiac and hepatic Bone Morphogenetic Protein 10 (BMP10) in the cardiovascular system

• Auteur / Autrice : Léa Vialet
• Direction : Emmanuelle Tillet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie et Biotechnologie pour la Santé

Mots clés

Mots clés libres

Modèles murins

Bone Morphogenetic Protein

Cellules endothéliales

Maladie de Rendu-Osler

Développement vasculaire

Signalisation cellulaire

Mice models

Bone Morphogenetic Protein

Endothelial cells

Hereditary hemorrhagic telangiectasia

Vascular development

Cell signaling

Résumé

Les protéines morphogénétiques osseuses (BMP) sont un groupe de molécules de signalisation qui appartiennent à la superfamille du TGF-β. Les BMP jouent un rôle crucial au cours du développement dans de nombreux organes. En 2007, la découverte de BMP9 et BMP10 en tant que ligands de forte affinité pour le récepteur ALK1, jusque-là considéré comme orphelin, a ouvert un nouveau tournant pour la recherche sur la maladie de Rendu-Osler. BMP10 est majoritairement produit par les cardiomyocytes du cœur droit, tandis que BMP9 est synthétisé par les cellules étoilées du foie. Cependant, l'équipe BAL a récemment montré que BMP10 peut également être produit en plus petite quantité par les cellules étoilées du foie. Ces ligands sont synthétisés sous forme de précurseurs inactifs, et sont activés par clivage d'un prodomaine pour libérer le domaine mature. BMP9 et BMP10 sont capables de former des homodimères ou hétérodimères liés par un pont disulfure au niveau du domaine mature, et peu de choses sont connues sur la régulation de la biosynthèse et l'activation de ces différentes formes. Bien que probablement actif localement, BMP9/10 sont capables d'induire une activité systémique de par leur présence au sein de la circulation sanguine. Des expériences antérieures ont démontré que la délétion constitutive de Bmp10 dans des modèles murins entraîne la mort prématurée de l'embryon, mettant ainsi en évidence le rôle essentiel de Bmp10 dans le développement cardiaque embryonnaire. Des souris présentant une délétion inductible de Bmp10 dans tout l'organisme ont donc été générées via l'action de la Cre recombinase sous le contrôle d'un promoteur ubiquitaire. Etant donné que c'est uniquement la délétion concomitante des deux ligands BMP9 et BMP10 qui entraine un phénotype vasculaire, des souris double KO, présentant également une invalidation constitutive de Bmp9 sont utilisées. L'équipe BAL a ainsi montré que ces souris double KO présentent des fortes anomalies vasculaires. Cela nous amène donc à nous demander si ces défauts vasculaires sont dus à BMP10 cardiaque ou à BMP10 hépatique ? L'objectif principal de ma thèse est donc d'approfondir les connaissances sur les rôles de ces ligands en particulier en distinguant les rôles respectifs de BMP10 cardiaque versus BMP10 hépatique dans le système cardiovasculaire. Pour ce faire, j'utiliserai des modèles murins, dors est déjà disponible au laboratoire, présentant une invalidation tissu-spécifique de Bmp10. Des souris avec une délétion inductible de Bmp10 cardiaque ou avec une délétion constitutive de Bmp10 hépatique ont été générées via des promoteurs présentant respectivement une expression spécifique au niveau des cardiomyocytes ou des cellules étoilées du foie. Le premier objectif de ma thèse est d'étudier les formes circulantes de BMP9 et BMP10, en déterminant leur origine, en étudiant la régulation de leur biosynthèse au sein des cardiomycoytes et des cellules étoilées du foie, et enfin, en analysant la régulation de leur activité. Le deuxième objectif de ma thèse est de déterminer les fonctions vasculaires respectives de BMP10 cardiaque et de BMP10 hépatique. Ainsi, afin de répondre à cette question, je réaliserai une étude phénotypique de souris invalidées pour Bmp9 et Bmp10 cardiaque ou Bmp10 hépatique. J'étudierai l'angiogenèse post-natale de la rétine des nouveau-nés via de la microscopie à fluorescence. Chez les adultes, j'analyserai l'architecture du réseau vasculaire par différentes techniques d'imagerie. Pour finir, j'étudierai les mécanismes sous-jacents via une analyse de l'expression génique par RNAseq et RT-qPCR.

Bone morphogenetic proteins (BMPs) are a group of signaling molecules that belong to the TGF-β superfamily. BMPs play a crucial role during development in many organs. In 2007, the discovery of BMP9 and BMP10 as high-affinity ligands for the ALK1 receptor, previously considered an orphan, opened a new chapter in Hereditary Hemorrhagic Telangiectasia (HHT) research. BMP10 is predominantly produced by right heart cardiomyocytes, while BMP9 is synthesized by liver star cells. However, the BAL team has recently shown that BMP10 can also be produced in smaller quantities by liver star cells. These ligands are synthesized as inactive precursors, and are activated by cleavage of a prodomain to release the mature domain. BMP9 and BMP10 are capable of forming homodimers or heterodimers linked by a disulfide bridge at the mature domain, and little is known about the regulation of biosynthesis and activation of these different forms. Although probably active locally, BMP9/10 are capable of inducing systemic activity by virtue of their presence in the bloodstream. Previous experiments have demonstrated that constitutive deletion of Bmp10 in mouse models leads to premature embryonic death, highlighting the essential role of Bmp10 in embryonic cardiac development. Mice with inducible whole-body deletion of Bmp10 were thus generated via the action of Cre recombinase under the control of a ubiquitous promoter. Since it is only the concomitant deletion of the two ligands BMP9 and BMP10 that leads to a vascular phenotype, double KO mice, also showing constitutive invalidation of Bmp9, were used. The BAL team has shown that these double KO mice display marked vascular abnormalities. This raises the question of whether these vascular defects are due to cardiac BMP10 or hepatic BMP10. The main aim of my thesis is therefore to gain further insight into the roles of these ligands, in particular by distinguishing the respective roles of cardiac versus hepatic BMP10 in the cardiovascular system. For this purpose, I will use mouse models, dors is already available in the laboratory, presenting a tissue-specific invalidation of Bmp10. Mice with an inducible deletion of cardiac Bmp10 or with a constitutive deletion of hepatic Bmp10 have been generated via promoters showing specific expression in cardiomyocytes or liver star cells respectively. The first aim of my thesis is to study the circulating forms of BMP9 and BMP10, by determining their origin, studying the regulation of their biosynthesis in cardiomyocytes and liver star cells, and finally, analyzing the regulation of their activity. The second objective of my thesis is to determine the respective vascular functions of cardiac BMP10 and hepatic BMP10. To answer this question, I will carry out a phenotypic study of mice invalidated for Bmp9 and cardiac or hepatic Bmp10. I will study post-natal angiogenesis in neonatal retinas using fluorescence microscopy. In adults, I will analyze the architecture of the vascular network using various imaging techniques. Finally, I will study the underlying mechanisms via gene expression analysis using RNAseq and RT-qPCR.