Cellules PW1+ dans la fibrose cardiaque – PACIFIC

Dans ce projet de recherche, nous proposons d'évaluer le rôle dans la fibrose cardiaque d'une nouvelle population de cellules cardiaques résidant dans le myocarde, identifiée par l’expression de PW1 (un marqueur pan-tissulaire de cellules souches adultes) et que nous avons récemment décrit comme capable de participer à la fibrose cardiaque en réponse à une ischémie. Dans les cœurs normaux, PW1 est exprimé dans les cellules interstitielles du cœur et n'est pas exprimé dans les myocytes cardiaques. Les cellules cardiaques PW1+ ont été isolées et ont montré une capacité de formation de colonies et une plasticité de leur différentiation in vitro pour former des cellules de lignée mésenchymateuse, ainsi que des fibroblastes et des cellules musculaires lisses mais pas de cardiomyocytes. Dans les cœurs ischémiques, le nombre de cellules PW1+ augmente nettement et nous avons démontré qu'une proportion significative (~ 22%) de fibroblastes provenait de cellules exprimant PW1.

Sur la base de cette première étude et de résultats préliminaires supplémentaires, nous faisons l’hypothèse que les cellules PW1+ cardiaques contribuent à la fibrose cardiaque (i) en donnant directement naissance à des fibroblastes et (ii) en orchestrant un microenvironnement favorisant l’activation des fibroblastes résidents. Nous proposons donc de mieux élucider le rôle des cellules cardiaques PW1+ dans la fibrogenèse myocardique dans deux modèles différents de maladies cardiaques (ischémie cardiaque et surcharge de pression induite pharmacologiquement) chez des souris génétiquement modifiées. Nous utiliserons l'IRM cardiaque pour détecter et quantifier de manière non invasive les processus de fibrose interstitielle diffuse.

Nous avons tout d'abord trouvé que > 95% des cellules cardiaques PW1+ expriment à leur surface un récepteur d'adhésion (alpha V intégrine, ou CD51) qui peut être ciblé pour limiter l'activation de l'agent pro-fibrotique TGF-beta. L'inhibition de CD51 dans un modèle murin d'infarctus du myocarde conduit à une réduction significative de la formation de fibrose, une meilleure survie et une meilleure préservation de la fonction cardiaque. Nous avons maintenant étendu ces premières observations dans un modèle murin d'hypertrophie cardiaque, montrant ainsi que le ciblage de CD51 pourrait représenter une nouvelle option thérapeutique pour limiter la fibrose cardiaque et la transition vers l'insuffisance cardiaque dans différentes conditions pathologiques.
En plus de ce comportement pro-fibrotique, nous avons démontré que les cellules cardiaques PW1+ sont principalement exprimées dans des niches hypoxiques situées dans l'épicarde et le sous-épicarde des cœurs normaux. Les cellules cardiaques Pw1+ répondent à l'hypoxie en proliférant mais aussi en modifiant leur profil d'expression génique. Dans des conditions hypoxiques, les cellules épicardiques PW1+ sont notamment capables de ré-exprimer des gènes associé aux cellules endothéliales, suggérant que ces cellules pourraient contribuer à l'angiogenèse plutôt qu'à la fibrose en réponse à la bonne stimulation.
En collaboration avec une équipe d'experts en imagerie IRM cardiaque, nous avons développé de nouveaux algorithmes pour évaluer de manière non invasive la fibrose cardiaque dans le cœur murin. Ce nouvel outil sera utile pour quantifier et surveiller le processus de remodelage fibrotique et évaluer les réponses thérapeutiques dans des modèles animaux.

Ces données identifient une voie pouvant être ciblée pour diminuer la fibrose cardiaque en réponse à une lésion ischémique et démontrent que l'inhibition pharmacologique de l'alphaV-intégrine pourrait réduire le remodelage pathologique après une ischémie cardiaque. Nos données les plus récentes indiquent que ce processus est reproduit dans d'autres conditions pathologiques telles que l'hypertrophie cardiaque induite par une surcharge de pression. Nous prévoyons que ce projet permettra de répondre à un besoin thérapeutique important. Nous nous concentrerons particulièrement sur de nouveaux inhibiteurs de C51 et évaluerons comment leur utilisation peut limiter la transition vers l'insuffisance cardiaque

Publication:BOUVET M, CLAUDE O, ROUX M, SKELLY D, MASURKAR N, MOUGENOT N, NADAUD S, BLANC C, DELACROIX C, CHARDONNET S, PIONNEAU C, PERRET C, YANIZ-GALENDE E, ROSENTHAL N, TREGOUËT DA, MARAZZI G, SILVESTRE JS, SASSOON D, HULOT JS. Anti-Integrin ?v Therapy Improves Cardiac Fibrosis after Myocardial Infarction by Blunting Cardiac PW1+ Stromal Cells. Sci Rep. 2020;10(1):11404

Brevet: Use of alphaV Integrin (CD51) inhibitors for the treatment of cardiac fibrosis . Inventors : Jean-Sébastien Hulot, Marion ouvet, Olivier Claude. Application number : PCT/IB2018/001394 Application Date : October, 9th, 2018. Assignee : INSERM Transfert. Paris

L'insuffisance cardiaque (IC) est une maladie affectant plus de 1 million de personnes en France et associée à un taux de mortalité élevé. Bien qu’il existe de nombreuses étiologies d’IC (coronaropathie, hypertension, vieillissement, etc.), celles-ci sont associées à un remodelage aberrant du tissu myocardique et au développement de la fibrose cardiaque. La principale caractéristique de la fibrose cardiaque est une accumulation excessive de matrice extracellulaire (ECM) qui augmente la raideur myocardique, conduit à un dysfonctionnement mécanique et électrique et à l’IC. Cependant, il n'existe actuellement aucune stratégie thérapeutique anti-fibrotique efficace qui pourrait compléter les thérapies actuelles pour l'IC.
Une meilleure compréhension des mécanismes contribuant à la fibrose cardiaque est cependant nécessaire. Les fibroblastes cardiaques activés sont essentiels pour la constitution de la matrice extra-cellulaire. Cependant, des études récentes ont établi que les fibroblastes cardiaques représentent une population cellulaire très hétérogène. La nature exacte des fibroblastes activés et par conséquent les sources de fibrose cardiaque restent mal comprises.

Dans ce projet de recherche, nous proposons d'évaluer le rôle dans la fibrose cardiaque d'une nouvelle population de cellules cardiaques résidant dans le myocarde, identifiée par l’expression de PW1 (un marqueur pan-tissulaire de cellules souches adultes) et que nous avons récemment décrit comme capable de participer à la fibrose cardiaque en réponse à une ischémie. Dans les cœurs normaux, PW1 est exprimé dans les cellules interstitielles du cœur et n'est pas exprimé dans les myocytes cardiaques. Les cellules cardiaques PW1+ ont été isolées et ont montré une capacité de formation de colonies et une plasticité de leur différentiation in vitro pour former des cellules de lignée mésenchymateuse, ainsi que des fibroblastes et des cellules musculaires lisses mais pas de cardiomyocytes. Dans les cœurs ischémiques, le nombre de cellules PW1+ augmente nettement et nous avons démontré qu'une proportion significative (~ 22%) de fibroblastes provenait de cellules exprimant PW1.

Sur la base de cette première étude et de résultats préliminaires supplémentaires, nous faisons l’hypothèse que les cellules PW1+ cardiaques contribuent à la fibrose cardiaque (i) en donnant directement naissance à des fibroblastes et (ii) en orchestrant un microenvironnement favorisant l’activation des fibroblastes résidents. Nous proposons donc de mieux élucider le rôle des cellules cardiaques PW1+ dans la fibrogenèse myocardique dans deux modèles différents de maladies cardiaques (ischémie cardiaque et surcharge de pression induite pharmacologiquement) chez des souris génétiquement modifiées. Nous utiliserons l'IRM cardiaque pour détecter et quantifier de manière non invasive les processus de fibrose interstitielle diffuse.
Le projet sera organisé en 4 tâches spécifiques avec les objectifs suivants: (1) étudier si l'ablation génétique des cellules cardiaques PW1+ limite la formation de fibrose et améliore la fonction cardiaque, (2) développer une stratégie anti-fibrotique innovante ciblant les intégrines alphaV exprimées à la surface des cellules PW1+ cardiaques (3) définir les voies moléculaires contrôlées par PW1 et régulant la fibrogénèse et (4) caractériser le microenvironnement des cellules PW1+ cardiaques et leurs interactions cellulaires avec les fibroblastes.

Le consortium comprend deux partenaires différents possédant des compétences et un savoir-faire complémentaires: le premier partenaire possède une expertise importante dans la physiopathologie et la pharmacologie de l’IC et la biologie des cellules souches avec des outils uniques pour l’étude des cellules PW1; le second partenaire possède une expertise en imagerie cardiaque par IRM avec des outils informatiques innovants pour quantifier la fibrose myocardique dense par opposition à la fibrose interstitielle.