Physiological impact of an elastin-derived synthetic elastic protein as a corrective molecular signal in arterial diseases related to alterations of elastic fibers
Etude de l'impact physiologique d'une protéine synthétique élastique dérivée de l'élastine comme signal moléculaire correcteur dans les artériopathies liées aux altérations des fibres élastiques
Résumé
Elastic fibers, composed of elastin (90%) and fibrillin-rich microfibrils (10%), are the main extracellular components that give arteries their elasticity. The alteration of elastic fibers leads to cardiovascular dysfunctions, as observed in elastin haploinsufficiency in mice (Eln+/-) or in Humans (supravalvular aortic stenosis or Williams-Beuren syndrome), during intermittent hypoxia (the most deleterious symptom of obstructive sleep apnea syndrome) or during aging.This thesis is part of a larger project to develop a treatment with a synthetic elastic protein (SEP), mimicking several domains of tropoelastin (the precursor of elastin), including hydrophobic domains responsible for elasticity and binding sites for elastin receptors to correct alterations in vascular elastic fibers. This project is supported by the French National Research Agency under the name "Arterylastic" (ANR-18-CE18-0001). The objective of this thesis was to evaluate the beneficial impact of SEP treatment on the cardiovascular system of mice under conditions of vascular dysfunction related to elastic fiber damage induced by the three different pathological situations mentioned above with the aim of improving the structure, function and mechanical properties of arteries.We evaluated in three pathological mouse models (Eln+/-, C57Bl6/J exposed to intermittent hypoxia, aged C57Bl6/J), whether SEP restores the altered cardiovascular parameters : arterial and cardiac structure (by histological study and/or weighing of hearts), arterial wall elasticity, and key physiological parameters in mice such as blood pressure (measured by carotid catheterization), reactivity and mechanical behavior of artery segments (by pressure or tension arteriography), and proliferation or elastin synthesis capacity by cultured aortic smooth muscle cells from these animals (studied by ELISA, qPCR, and Western blots). We also tested the beneficial potential of dill extract (administered in drinking water at 120 mg/L) on the structure/function of the abdominal aorta of mice during aging.In this thesis, we showed that acute treatment with mono-injection of SEP (12 μg/g mouse) into the tail vein induces neo-synthesis of elastin and fibrillin-1 in adult Eln+/+ and Eln+/- animals, thickening of aortic elastic laminae in male animals, a strong tendency to reduce elastic lamina rupture in Eln+/- mice, a change in the length and straightness of collagen fibers in adult female Eln+/+ and Eln+/- mice, and a decrease in aortic wall stiffness, especially in adult male Eln+/- mice of both sexes. Interestingly, treatment with SEP abolished endothelial dysfunction induced by elastin haploinsufficiency in female Eln+/- mice; however, SEP had no impact on blood pressure. In addition, a decrease in aortic wall stiffness was also observed in adult female C57Bl6/J animals normoxic or exposed to intermittent hypoxia, whereas SEP did not show any efficacy on arterial mechanics in the aging model (aged C57Bl6/J mice). The effects of SEP in these two mouse models will need to be complemented by further investigations of arterial structure. The effects of SEP treatment are likely to be mediated by elastin receptors, in particular the Elastin Receptor Complex, and a possible role for direct integration of SEP into arterial elastic fibers remains to be investigated.In this thesis, we also tested a second strategy to restore the arterial structure/function altered by aging: the chronic treatment with dill extract tested induces de novo elastin synthesis, preserves the integrity of the elastic laminae during aging, limits age-related cardiac hypertrophy, and decreases aortic stiffness in aged mice.SEP as well as dill extract should therefore be considered as therapeutic strategies with interesting potential for future treatments of patients with altered elastic fibers and arterial structure/function.
Les fibres élastiques, composées d'élastine (90%) et de microfibrilles riches en fibrilline (10%), sont les principaux composants extracellulaires qui confèrent aux artères leur élasticité. L'altération des fibres élastiques entraîne des dysfonctionnements cardiovasculaires, comme observés dans l'haplo-insuffisance en élastine chez la souris (Eln+/-) ou chez l'Homme (sténose aortique supravalvulaire ou syndrome de Williams-Beuren), lors d'une hypoxie intermittente (le symptôme le plus délétère du syndrome d'apnée obstructive du sommeil) ou au cours du vieillissement.Cette thèse s’inscrit dans le cadre plus large du développement d'un traitement avec une protéine élastique synthétique (SEP), mimant plusieurs domaines de la tropoélastine (le précurseur de l'élastine), dont des domaines hydrophobes responsables de l'élasticité et des sites de liaison pour les récepteurs de l'élastine permettant de corriger les altérations des fibres élastiques vasculaires. Ce projet est soutenu par l’agence nationale de la recherche sous le nom de projet « Arterylastic » (ANR-18-CE18- 0001). L'objectif de cette thèse a été d’évaluer l'impact bénéfique du traitement par la SEP sur le système cardiovasculaire de souris dans des conditions de dysfonctions vasculaires liées aux lésions des fibres élastiques induites par les trois différentes situations pathologiques citées précédemment dans le but d'améliorer la structure, la fonction et les propriétés mécaniques des artères.Nous avons par ailleurs testé le potentiel bénéfique de l'extrait d'aneth (administré dans l'eau de boisson à 120 mg/L) sur la structure/fonction de l'aorte abdominale de souris au cours du vieillissement.Dans cette thèse, nous avons montré que le traitement aigu par mono-injection de SEP (12 μg/g de souris) dans la veine caudale induit une néo-synthèse de l'élastine et de la fibrilline-1 chez les animaux adultes Eln+/+ et Eln+/-, un épaississement des lames élastiques aortiques chez les animaux mâles, une forte tendance à la réduction des ruptures des lames élastiques chez les souris Eln+/-, une modification de la longueur et de la rectitude des fibres de collagène chez les souris femelles adultes Eln+/+ et Eln+/-, ainsi qu'une diminution de la rigidité de la paroi aortique, notamment chez les souris Eln+/- adultes des deux sexes et âgés mâles. De façon intéressante, le traitement avec la SEP abolit la dysfonction endothéliale induite par l’haploinsuffisance en élastine chez les souris femelles Eln+/-, la SEP n'a toutefois pas eu d'impact sur la pression artérielle. De plus, une diminution de la rigidité de la paroi aortique a également été observée chez les animaux C57Bl6/J adultes femelles normoxiques ou exposés à l’hypoxie intermittente, alors que la SEP n’a pas montré d’efficacité sur la mécanique artérielle dans le modèle de vieillissement (souris C57Bl6/J âgées). Les effets de la SEP dans ces deux derniers modèles de souris seront à compléter par de futures investigations de la structure artérielle. Les effets du traitement par la SEP sont vraisemblablement médiés par les récepteurs de l'élastine, en particulier l'Elastin Receptor Complex, et un possible rôle de l'intégration directe de la SEP dans les fibres élastiques artérielles reste à étudier.Nous avons également testé dans cette thèse une seconde stratégie de restauration de la structure/fonction artérielle altérée par le vieillissement : le traitement chronique par l’extrait d’aneth mis en œuvre induit la synthèse d’élastine de novo, préserve l’intégrité des lames élastiques au cours du vieillissement, limite l’hypertrophie cardiaque liée à l’âge et diminue la rigidité de l’aorte de souris âgées.La SEP ainsi que l’extrait d’aneth devraient donc être considérés comme des stratégies thérapeutiques avec un potentiel intéressant pour les traitements futurs des patients avec des fibres élastiques et une structure/fonction artérielle altérées.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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