Thèse soutenue le 31 mai 2023 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Grenoble Alpes - Spécialité : Biologie cellulaire

Résumé :
Les mutations hétérozygotes de perte de fonction dans ACVRL1 (codant pour la kinase 1 de type récepteur de l'activine ; ALK1) sont associées au développement de deux maladies vasculaires : la télangiectasie hémorragique héréditaire (HHT) et, plus rarement, l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP). ALK1 est un récepteur de la famille TGF-ß de type 1 qui s'exprime principalement sur les cellules endothéliales (CE) et se lie avec une grande affinité aux protéines morphogénétiques osseuses 9 et 10 (BMP9 et BMP10), induisant la phosphorylation des facteurs de transcription Smad1/5 qui régulent ensuite expression du gène cible. La signalisation ALK1 favorise généralement la quiescence vasculaire, tandis que son haploinsuffisance est censée être à la base de la pathogenèse dans un certain nombre de cas de HHT et d'HTAP. L'objectif de ce travail est de caractériser la réponse transcriptomique des CE primaires mutées ALK1 à BMP9 et BMP10, afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires pathogènes sous-jacents à ces deux maladies et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles.
Des cellules endothéliales formant des colonies (ECFC) et des cellules endothéliales microvasculaires (MVEC) portant des mutations hétérozygotes de perte de fonction ALK1 ont été isolées du sang de cordon de donneurs nouveau-nés HHT et des poumons explantés de patients atteints d'HTAP, respectivement. Le séquençage de l'ARN a été effectué sur chaque type de cellules par rapport aux homologues témoins après une stimulation nocturne avec BMP9 ou BMP10. Dans les deux modèles EC, les stimulations BMP9 et BMP10 ont induit des réponses transcriptomiques très similaires avec presque aucun gène différentiel exprimé (DEG) entre la stimulation BMP9 et BMP10. La comparaison du transcriptome entre les ECFC témoins et mutés par ALK1 a révélé des profils très similaires, à la fois au départ et lors de la stimulation avec BMP9 ou BMP10. De manière constante, les ECFC témoins et mutés affichaient un niveau d'activation similaire de Smad1/5 par BMP9, qui ne pouvait pas être expliqué par une compensation des niveaux d'ALK1 à la surface cellulaire. D'autre part, les MVEC HAP mutés, dérivés d'un environnement malade, ont révélé de fortes dysrégulations transcriptionnelles par rapport aux témoins, avec > 1200 DEG déjà à la ligne de base. L'analyse de l'expression différentielle à deux facteurs , qui prend en compte les deux variables impliquées (génotype ALK1 et stimulation BMP), a identifié 44 gènes codant pour des protéines avec une régulation altérée par BMP9 dans les HMVEC mutés, mais aucun dans les ECFC mutés. La plupart de ces 44 gènes ont pu être validés par RT-qPCR sur des HMVEC mutés, et étonnamment, très peu ont également été validés dans des ECFC mutés et/ou des CE de veine ombilicale humaine (HUVEC ; isolés de nouveau-nés HHT), mais dans une moindre mesure par rapport aux EC mutés. HMVEC. Ceux-ci comprenaient le LFNG, codant pour la frange lunatique, qui est un modulateur de la signalisation Notch qui, à son tour, est une voie critique pour l'angiogenèse et la spécification artérielle.
Ce travail a révélé que l'hétérozygotie ALK1 n'altère pas l'activation de Smad1/5 ni n'affecte fortement la réponse transcriptomique à BMP9 ou BMP10, qui exercent des rôles transcriptomiques équivalents in vitro. Néanmoins, une analyse bioinformatique plus approfondie a mis en évidence quelques gènes présentant une régulation altérée par BMP9/BMP10 même dans les cellules néonatales. La rareté des dérégulations transcriptomiques dans les ECFC mutés indique que les changements manifestes observés dans les HMVEC mutés ne peuvent pas être uniquement attribués à l'hétérozygotie ALK1, mais pourraient en outre impliquer des seconds coups (mutation somatique / inflammation / angiogenèse) potentiellement présents dans les poumons malades des patients atteints d'HTAP en phase terminale. En conclusion, ces résultats remettent en question le modèle d'haploinsuffisance pour le HHT et l'HTAP, et favorisent l'idée qu'un deuxième coup pourrait être nécessaire pour conduire la pathogenèse vasculaire, tout en mettant en évidence quelques cibles thérapeutiques potentielles qui pourraient être très sensibles à la réduction des niveaux fonctionnels d'ALK1 et pourraient agir en tant qu'événements d'amorçage pour l'apparition précoce de la maladie.​

Jury :
Président : Julien Thevenon
Rapporteure : Carine Le Goff
Rapporteure : Élisa Rossi
Examinateur :  David-Alexandre Tregouet
Invité : Alexandre Guihem
Invitée : Agnès Castan
Directrice de thèse : Sabine Bailly
Co-encadrante de thèse : Agnès Castan

Mots clés :
Maladie de Rendu-Osler, HTAP, Séquençage d'ARN, transcriptome, BMP9/BMP10, cellules endothéliale

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