Role de Piezo1 dans l'hypertension artérielle pulmonaire – HTAP

Puisque les souris invalidées pour Piezo1 de façon constitutive meurent au cours du développement précoce, une lignée de souris Piezo1 KO conditionnelle spécifique aux CMLs a été produite (équipe 1), nous donnant une opportunité unique d'étudier le rôle physiologique de Piezo1 dans la physiopathologie artérielle chez des souris adultes . Nous utilisons un modèle de souris Piezo1lox/lox ou Piezo1 del/lox (un allèle est constitutivement invalidé, permettant ainsi une délétion optimale de Piezo1 lors de l'activation de Cre et de la suppression du second allèle floxé de Piezo1). Les courants Piezo1 sont enregistrés en utilisant la techique du patch clamp en configuratio cellule attachée (équipe 1).
Après 6 semaines d'induction au tamoxifène, les souris WT et KO (âgées de 15 à 20 semaines) sont maintenues dans des conditions normoxiques ou hypoxiques (exposition à 9% d'oxygène pendant 21 jours) (équipe 2). L'évaluation de l'HTAP est basée sur la détermination de la pression du ventricule droit (VD) et l'évaluation de l'hypertrophie (indice de Fulton). De plus, les sections hystologiques pulmonaires sont marquées par les anticorps sm22 et PECAM-1 afin de visualiser les CMLs et les cellules endothéliales. La prolifération cellulaire est détectée avec les anticorps Ki67 et PCNA. La fibrose est visualisée avec des anticorps contre les collagènes, ainsi qu'une coloration au rouge Picrosirius. Une analyse morphométrique des artères intrapulmonaires est ensuite réalisée (diamètre interne, épaisseur de la paroi, surface de section transversale et rapport média/lumen).

1. Relation entre Piezo1 et les canaux ioniques mécanosensibles du muscle lisse des artères pulmonaires

Nous avons produit une invalidation conditionnelle (knock-out ; KO) de Piezo1 spécifiquement dans les CMLs. Nous avons isolé les CMLs des APs de souris Piezo1lox/lox (contrôle ; WT) et de souris Piezo1del/lox (KO). Nos résultats électrophysiologiques démontrent l'existence de courants entrants de forte amplitude en réponse à la pression négative sur des myocytes artériels. Notamment, ces courants cantioniques non-sélectifs sont caractérisés par une inactivation très lente. L'amplitude du courant mécanosensible est considérablement réduite dans les CMLs Piezo1 KO.

Cette première partie du projet nous a permis de quantifier l'expression de Piezo1 dans les CMLs des APs de souris. Notamment, l'expression de Piezo1 (WB) est augmentée de façon significative dans les CMLs des APS de patients présentant une HTAP. De plus, nous avons établi le lien fonctionnel entre Piezo1 et les canaux ioniques mécanosensibles des CMLS provenant des APs de souris.

2. Rôle de Piezo1 dans l'hypertension artérielle pulmonaire expérimentale chez la souris

Les souris (WT et KO) ont été soumises à une hypoxie chronique (9% d'oxygène) pendant 21 jours, par rapport à la normoxie (21% d'oxygène). L'invalidation de Piezo1 (soit en utilisant un génotype Piezo1 lox/lox ou Piezo1 del/lox) réduit significativement la pression ventriculaire droite et l'indice de Fulton chez les souris chroniquement hypoxiques. De plus, l'analyse histologique indique que le remodelage artériel causé par l'hypoxie chronique est également significativement réduit lors de l'invalidation conditionnelle de Piezo1 dans les CMLs.

Ces résultats ont établi pour la première fois le rôle fonctionnel de Piezo1 au niveau des CMLs dans le remodelage des APs de souris en réponse à une hypoxie chronique.

3. Rôle de Piezo1 dans la vasoconstriction pulmonaire hypoxique

Une caractéristique de la circulation pulmonaire est sa capacité à se contracter en réponse à une hypoxie aiguë (vasoconstriction pulmonaire hypoxique ou HPV). Dans des expériences complémentaires, nous avons induit une HPV in vivo en ventilant des souris avec un mélange de gaz hypoxique (9% d'hypoxie) pendant 5 minutes. L’augmentation de la pression ventriculaire droite causée par l'hypoxie aiguë est significativement diminuée suite à l’invalidation de Piezo1 dans les CMLs. Ces résultats ont été confirmés in vitro en utilisant un modèle de poumon isolé perfusé. Nous terminons actuellement une étude de myographie sur artères isolées soumises à une hypoxie aïgue.

Dans l'ensemble, nos résultats montrent que Piezo1 dans les CMLs est impliqué dans les réponses des APs à l'hypoxie aiguë (HPV) et secondairement influence le remodelage artériel au cours de l'HTAP (hypoxie chronique).

Nos études de physiologie moléculaire et intégrative permettront d'explorer le rôle de Piezo1 dans l'HTAP, en utilisant à la fois des tissus pathologiques murins et humains. Notre hypothèse repose sur des résultats préliminaires montrant que l'invalidation génétique conditionnelle spécifique de Piezo1 chez la souris est protectrice contre l'HTAP induite par l'hypoxie chronique. Ces résultats apporteront un nouvel éclairage sur les mécanismes moléculaires de l'HTAP et ouvriront de nouvelles voies pour d'éventuelles stratégies thérapeutiques. Nous évaluons si l'inhibition de Piezo1 par l'acide margarique (MA) alimentaire chronique peut ou non conférer une protection in vivo contre l'HTAP expérimentale chez la souris et in vitro contre l'hyperprolifération des CMLs provenant de patients atteints d'HTAP. Ainsi, l'impact attendu du projet sera académique (avec de nouvelles données dans les domaines de la mécanobiologie, des canaux ioniques et de la physiologie vasculaire), mais aussi, espérons-le, avec de possibles applications translationnelles (bénéfiques pour la société) pour la lutte contre l'HTAP, qui reste une maladie dévastatrice et incurable.

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Dans l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), une réactivité artérielle accrue et un remodelage structurel, provoquant un épaississement de la média musculaire des petites artères pulmonaires, sont impliqués dans l'étiologie de la maladie. Une meilleure compréhension des bases moléculaires et cellulaires de l’HTAP est nécessaire pour identifier des options thérapeutiques possibles. Plusieurs arguments soulignent un rôle important du stress mécanique dans la prolifération des cellules musculaires lisses des artères pulmonaires. Nous postulons que l'ouverture du canal ionique mécanosensible Piezo1 dans les myocytes des artères pulmonaires est impliquée dans l’HTAP expérimentale et humaine.
Nos objectifs sont: 1) d'établir un lien fonctionnel entre Piezo1 et les canaux ioniques mécanosensibles des cellules musculaires lisses des artères pulmonaires; 2) d’identifier le rôle de Piezo1 dans la vasoconstriction hypoxique aïgue et le remodelage des artères pulmonaires associé à l’hypoxie chronique; 3) d’explorer les voies de signalisation en aval de Piezo1 dans les myocytes artériels pulmonaires; 4) d'examiner l’impact de l'inhibition pharmacologique de Piezo1 sur l’hyper-prolifération des cellules musculaires lisses de patients HTAP et sur l’HTAP expérimentale.