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A10. Hypoxie - Biologie

A10. Hypoxie - Biologie


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Nous avons passé beaucoup de temps à étudier comment le corps traite et utilise les sous-produits toxiques de la réduction du dioxygène. Que se passe-t-il lorsque le corps ne reçoit pas assez de dioxygène - une condition appelée anoxie (pas de dioxygène) ou hypoxie (trop peu de dioxygène) ? Cela peut se produire dans les muscles soumis à un exercice vigoureux, et dans le cerveau et le cœur lorsque des caillots obstruent le flux sanguin vers ces organes (comme cela se produit dans la plupart des accidents vasculaires cérébraux et des crises cardiaques). Sous de faibles concentrations en dioxygène, une famille de facteurs de transcription protéiques appelés facteur inductible par l'hypoxie (HIF) devenir activé. Cela pourrait être bénéfique pour les cellules, car les tissus à croissance rapide, en particulier les cellules tumorales, pourraient être confrontés à des conditions de faible teneur en oxygène.

Figure : Réponse cellulaire à l'hypoxie


Effets d'un événement hypoxique aigu sur la structure de la communauté de microplancton dans un port côtier du sud de la Californie

La mortalité des poissons et les événements hypoxiques se produisent dans de nombreux systèmes côtiers et intérieurs et peuvent résulter de processus naturels ou anthropiques. Les effets des changements qui en résultent dans la biogéochimie de l'eau ont été étudiés pour les communautés d'invertébrés benthiques et de métazoaires pélagiques. Les réponses des assemblages de microplancton, cependant, sont restées en grande partie non étudiées. Le bassin nord de King Harbor, une petite baie dans la baie de Santa Monica, Californie, États-Unis, a subi une mortalité massive de poissons en mars 2011 en raison d'une hypoxie aiguë. Les concentrations d'oxygène dissous < 0,1 ml l -1 ont été mesurées dans le bassin nord du port pendant plusieurs jours après l'événement de mortalité, et un fort gradient spatial d'oxygène a été observé du bassin nord aux eaux à l'extérieur du port. La communauté de microplancton au sein de King Harbour différait considérablement d'une communauté dominée par les diatomées présente dans la baie voisine de Santa Monica. Cette dernière région ne semblait pas affectée par les changements physico-chimiques, induits par la mortalité des poissons, qui ont été observés dans le port. Un changement trophique a été observé dans tout King Harbour d'un assemblage à dominance photoautotrophe à une forme hétérotrophe, avec des abondances relatives de ciliés bactérivores augmentant de plus de 80 % dans la partie la plus touchée du port. Des changements significatifs dans la structure de la communauté ont été observés ainsi qu'un rendement photosynthétique considérablement réduit du phytoplancton restant, indiquant un stress physiologique sévère pendant l'hypoxie extrême.

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Les décombres de l'A-10 identifiés dans le Colorado, un pilote toujours porté disparu

Après une opération de récupération pénible mercredi, l'US Air Force a confirmé que l'épave sur une montagne reculée du Colorado est celle d'un bombardier d'attaque A-10 porté disparu depuis le 2 avril.

Un expert en récupération suspendu à 100 pieds au-dessous d'un hélicoptère en vol stationnaire a récupéré deux morceaux de métal d'une falaise incrustée de glace à 13 000 pieds à flanc de montagne. Les deux parties - une aube de moteur tordue et un faisceau de câbles - portaient des numéros de fabricant correspondant à ceux de l'A-10 Thunderbolt manquant, a déclaré le général de division Nels Running lors d'une conférence de presse.

"Les débris d'avion sur le site dans les montagnes de New York près de Gold Dust Peak sont en fait notre avion A-10 manquant", a déclaré Running. « Mais la recherche du pilote se poursuit. . . . Nous n'avons aucune preuve qu'il était avec l'avion lorsqu'il a rencontré la montagne.

L'alpiniste avancé descendu du ventre d'un hélicoptère de transport lourd MH-53 - l'hélicoptère le plus puissant de l'Air Force - n'a passé que 15 minutes sur le site de l'accident dans la chaîne de Sawatch à environ 15 miles au sud-est de la station de ski de Vail.

Une équipe de quatre sauveteurs a été transportée dans une cuvette naturelle à environ 1 000 pieds sous le site de l'accident pour commencer à rechercher le corps du pilote, le capitaine Craig Button. L'équipe prévoyait de passer la nuit sur la montagne, puis de commencer à sonder la neige, avec précaution, avec des bâtons jeudi.

Leur effort est compliqué par des nuages ​​au ras du sol et une myriade de dangers potentiels présumés enfouis sous 10 pieds de neige sur une pente à 80 degrés : des morceaux de métal tordu, des fusées éclairantes, des centaines de cartouches de canon de 30 mm et quatre bombes polyvalentes de 500 livres .

Compte tenu du danger supplémentaire d'avalanches dans cette région de pics escarpés, de vallées profondes et de forts courants de vent, les chercheurs ont reçu l'ordre d'éviter tout creusement.

Un front météorologique fort devait déverser plusieurs pouces de neige dans toute la région au cours des prochains jours. L'équipe transporte suffisamment de fournitures pour tenir trois jours.

« Nous allons faire tout notre possible pour savoir où ils se trouvent », a déclaré le colonel Denver Peltcher. « Si quelque chose arrive, nous sommes prêts à aller les chercher. »

Running a déclaré qu'une priorité serait de retirer les munitions de l'avion, mais cela pourrait ne pas être possible avant la fonte des neiges plus tard cet été.

Toute munition découverte au cours des prochaines semaines par les chercheurs sera signalée par un drapeau afin que les experts puissent désamorcer les explosifs.

Les autorités du Service des forêts des États-Unis ont suggéré de laisser le reste des 30 000 livres d'épave estimées sur la montagne, car leur retrait pourrait endommager l'écologie de la nature sauvage.

En guise d'avertissement aux randonneurs qui pourraient s'aventurer dans la région pendant le week-end, Running a déclaré: «Ce n'est pas un endroit pour s'amuser et jouer. Si vous êtes intelligent, vous resterez en dehors.

Maintenant que l'avion a été identifié, Running a déclaré qu'une commission d'enquête de sécurité serait nommée pour enquêter sur les raisons pour lesquelles Button s'est mystérieusement détaché d'une formation à trois avions au-dessus du sud de l'Arizona, puis s'est dirigé à 800 milles au nord-est du Colorado.

Sa disparition s'est produite environ 15 minutes après avoir fait le plein alors qu'il volait de la base aérienne Davis-Monthan à Tucson jusqu'au champ de tir de Barry M. Goldwater.

C'est bien connu : Button était au bas de la gamme de son carburant au moment où les images radar et les témoins oculaires ont vu son chasseur de chars lent faire un cercle serré au-dessus de la région de Vail vers 12 h 40.

Certains ont rapporté avoir entendu une explosion et vu de la fumée s'élever du flanc escarpé de la montagne où des morceaux de métal, des fils et du papier sont maintenant dispersés sur plusieurs centaines de mètres dans toutes les directions.

Cherchait-il un endroit pour atterrir ? Avait-il perdu ses repères à cause d'un manque d'oxygène - une condition connue sous le nom d'hypoxie - et avait percuté la paroi granitique de la montagne ? Avait-il délibérément l'intention de mettre fin à ses jours après une balade spectaculaire ? Survit-il quelque part dans la nature sauvage enneigée après avoir sauté en l'air ?

Les responsables de l'Air Force avaient hésité à spéculer sur les réponses à ces questions. Mais dans une interview, Running a minimisé la possibilité que Button ait pu souffrir de l'influence psychotrope de l'hypoxie, peut-être provoquée lors du ravitaillement en vol.

"Je ne peux pas accepter l'idée qu'il ait un certain niveau d'hypoxie et vole à 800 milles vers un état différent à travers des montagnes et des vallées et ainsi de suite, puis son carburant s'épuise et il est parti", a-t-il déclaré.

"Pour le moment, nous ne pouvons rien voir qui suggère même qu'il était avec l'avion quand il s'est écrasé."

Le major Richard Dopierala, du centre de formation en physiologie de la base aérienne Peterson à Colorado Springs, n'était pas d'accord.

"L'hypoxie peut faire toutes sortes de choses spécifiques à un individu, et c'est insidieux – laissez tomber et cela vous frappera", a-t-il déclaré. « Un certain nombre de choses auraient pu causer cela. Vous ne pouvez pas dire que ce n'est pas l'un d'entre eux jusqu'à ce qu'ils fassent une enquête.

Louis Sahagún est rédacteur au Los Angeles Times. Il couvre des questions allant de la religion, la culture et l'environnement à la criminalité, la politique et l'eau. Il faisait partie de l'équipe d'écrivains du L.A. Times qui a remporté le prix Pulitzer du service public pour une série sur les Latinos en Californie du Sud et l'équipe qui a été finaliste en 2015 pour le prix Pulitzer des dernières nouvelles. Il est membre du conseil d'administration du CCNMA: Latino Journalists of California et auteur du livre "Master of the Mysteries: the Life of Manly Palmer Hall".

La variante Delta hautement contagieuse du coronavirus continuant de se propager dans tout l'État, le département de la santé publique du comté de Los Angeles recommande à tous les résidents de porter des masques dans les espaces publics intérieurs, qu'ils aient ou non été vaccinés contre le COVID-19.


Facteur inductible par l'hypoxie

Le complexe transcriptionnel HIF a été découvert en 1995 par Gregg L. Semenza et le boursier postdoctoral Guang Wang. [3] [4] [5] En 2016, William Kaelin Jr., Peter J. Ratcliffe et Gregg L. Semenza ont reçu le Lasker Award pour leurs travaux visant à élucider le rôle de HIF-1 dans la détection de l'oxygène et son rôle dans la survie. conditions de faible teneur en oxygène. [6] En 2019, les trois mêmes personnes ont reçu conjointement le prix Nobel de physiologie ou de médecine pour leurs travaux visant à élucider comment HIF détecte et adapte la réponse cellulaire à la disponibilité de l'oxygène. [7]

La plupart, sinon toutes les espèces respirant de l'oxygène expriment le complexe transcriptionnel hautement conservé HIF-1, qui est un hétérodimère composé d'une sous-unité alpha et d'une sous-unité bêta, cette dernière étant un translocateur nucléaire de récepteur d'hydrocarbure aryle (ARNT) exprimé de manière constitutive. [4] [8] HIF-1 appartient à la sous-famille PER-ARNT-SIM (PAS) de la famille de facteurs de transcription basiques hélice-boucle-hélice (bHLH). Les sous-unités alpha et bêta ont une structure similaire et contiennent toutes les deux les domaines suivants : [9] [10] [11]

    – un domaine bHLH pour la liaison à l'ADN
  • région centrale - domaine Per-ARNT-Sim (PAS), qui facilite l'hétérodimérisation - recrute des protéines de corégulation transcriptionnelles

Les éléments suivants sont membres de la famille HIF humaine :

Membre Gène Protéine
HIF-1α HIF1A facteur 1 inductible par l'hypoxie, sous-unité alpha
HIF-1β ARNT translocateur nucléaire de récepteur d'hydrocarbure aryle
HIF-2α AEPA1 protéine de domaine PAS endothéliale 1
HIF-2β ARNT2 translocateur nucléaire du récepteur aryl-hydrocarbure 2
HIF-3α HIF3A facteur 3 inductible par l'hypoxie, sous-unité alpha
HIF-3β ARNT3 translocateur nucléaire du récepteur aryl-hydrocarbure 3

L'expression de HIF1α dans les cellules souches hématopoïétiques explique la nature de quiescence des cellules souches [14] pour se maintenir métaboliquement à un faible taux afin de préserver la puissance des cellules souches pendant de longues périodes dans le cycle de vie d'un organisme.

La cascade de signalisation HIF médie les effets de l'hypoxie, l'état de faible concentration en oxygène, sur la cellule. L'hypoxie empêche souvent les cellules de se différencier. Cependant, l'hypoxie favorise la formation de vaisseaux sanguins et est importante pour la formation d'un système vasculaire dans les embryons et les tumeurs. L'hypoxie des plaies favorise également la migration des kératinocytes et la restauration de l'épithélium. [15] Il n'est donc pas surprenant que la modulation HIF-1 ait été identifiée comme un paradigme de traitement prometteur dans la cicatrisation des plaies. [16]

En général, les HIF sont essentiels au développement. Chez les mammifères, la délétion des gènes HIF-1 entraîne la mort périnatale. [17] HIF-1 s'est avéré vital pour la survie des chondrocytes, permettant aux cellules de s'adapter à des conditions de faible teneur en oxygène dans les plaques de croissance des os. HIF joue un rôle central dans la régulation du métabolisme humain. [18]

Les sous-unités alpha de HIF sont hydroxylées au niveau des résidus de proline conservés par les prolyl-hydroxylases HIF, permettant leur reconnaissance et leur ubiquitination par l'ubiquitine ligase VHL E3, qui les marque pour une dégradation rapide par le protéasome. [19] [20] Cela se produit seulement dans des conditions normoxiques. Dans des conditions hypoxiques, la prolyl-hydroxylase HIF est inhibée, car elle utilise l'oxygène comme cosubstrat. [21] [22]

L'inhibition du transfert d'électrons dans le complexe succinate déshydrogénase due à des mutations des gènes SDHB ou SDHD peut provoquer une accumulation de succinate qui inhibe la prolyl-hydroxylase HIF, stabilisant HIF-1α. C'est ce qu'on appelle pseudohypoxie.

HIF-1, lorsqu'il est stabilisé par des conditions hypoxiques, régule à la hausse plusieurs gènes pour favoriser la survie dans des conditions de faible teneur en oxygène. Ceux-ci incluent les enzymes de glycolyse, qui permettent la synthèse d'ATP d'une manière indépendante de l'oxygène, et le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF), qui favorise l'angiogenèse. HIF-1 agit en se liant aux éléments sensibles à l'hypoxie (HRE) dans les promoteurs qui contiennent la séquence NCGTG (où N est A ou G). Des travaux récents des laboratoires de Sónia Rocha et William Kaelin Jr. démontrent que l'hypoxie module la méthylation des histones et reprogramme la chromatine [23]. [24] Ce travail a été souligné dans un éditorial indépendant. [25]

Il a été démontré que la protéine d'ancrage de la kinase A du muscle (mAKAP) organisait les ligases d'ubiquitine E3, affectant la stabilité et le positionnement de HIF-1 à l'intérieur de son site d'action dans le noyau. L'épuisement de mAKAP ou la perturbation de son ciblage vers la région périnucléaire (dans les cardiomyocytes) a modifié la stabilité de HIF-1 et l'activation transcriptionnelle des gènes associés à l'hypoxie. Ainsi, la « compartimentation » des composants de signalisation sensibles à l'oxygène peut influencer la réponse hypoxique. [26]

La connaissance avancée des mécanismes de régulation moléculaire de l'activité de HIF1 dans des conditions hypoxiques contraste fortement avec le manque d'informations sur les aspects mécanistiques et fonctionnels régissant la régulation de HIF1 médiée par NF-κB dans des conditions normoxiques. Cependant, la stabilisation de HIF-1α est également trouvée dans des conditions non hypoxiques par un mécanisme, jusqu'à récemment, inconnu. Il a été montré que NF-κB (facteur nucléaire κB) est un modulateur direct de l'expression de HIF-1α en présence d'une pression d'oxygène normale. Les études de siRNA (petit ARN interférent) pour les membres individuels de NF-κB ont révélé des effets différentiels sur les niveaux d'ARNm de HIF-1α, indiquant que NF-κB peut réguler l'expression basale de HIF-1α. Enfin, il a été montré que, lorsque le NF-κB endogène est induit par un traitement au TNFα (tumor necrosis factor α), les taux de HIF-1α évoluent également de manière NF-κB-dépendante. [27] HIF-1 et HIF-2 ont des rôles physiologiques différents. HIF-2 régule la production d'érythropoïétine à l'âge adulte. [28]

Réparation, régénération et rajeunissement Modifier

Dans des circonstances normales, après une blessure, le HIF-1a est dégradé par les prolyl hydroxylases (PHD). En juin 2015, les scientifiques ont découvert que la régulation à la hausse continue de HIF-1a via les inhibiteurs de PHD régénère les tissus perdus ou endommagés chez les mammifères qui ont une réponse de réparation et que la régulation à la baisse continue de Hif-1a entraîne une guérison avec une réponse cicatrisante chez les mammifères. avec une réponse régénérative précédente à la perte de tissu. L'action de réguler HIF-1a peut soit désactiver, soit activer le processus clé de la régénération des mammifères. [29] [30] L'un de ces processus de régénération dans lequel HIF1A est impliqué est la cicatrisation de la peau. [31] Des chercheurs de la faculté de médecine de l'Université de Stanford ont démontré que l'activation de HIF1A était capable de prévenir et de traiter les plaies chroniques chez les souris diabétiques et âgées. Non seulement les blessures des souris ont guéri plus rapidement, mais la qualité de la nouvelle peau était encore meilleure que l'originale. [32] [33] [34] [35] De plus, l'effet régénérateur de la modulation HIF-1A sur les cellules cutanées âgées a été décrit [36] [37] et un effet rajeunissant sur la peau du visage âgée a été démontré chez les patients. [38] La modulation HIF a également été liée à un effet bénéfique sur la perte de cheveux. [39] La société de biotechnologie Tomorrowlabs GmbH, fondée à Vienne en 2016 par le médecin Dominik Duscher et le pharmacologue Dominik Thor, utilise ce mécanisme. [40] Sur la base de l'ingrédient actif HSF (« facteur de renforcement HIF ») en instance de brevet, des produits ont été développés qui sont censés favoriser la régénération de la peau et des cheveux. [41] [42] [43] [44]

Anémie Modifier

Récemment, plusieurs médicaments qui agissent comme des inhibiteurs sélectifs de la prolyl-hydroxylase HIF ont été développés. [45] [46] Les composés les plus notables sont : Roxadustat (FG-4592) [47] Vadadustat (AKB-6548), [48] Daprodustat (GSK1278863), [49] Desidustat (ZYAN-1), [50] et Molidustat (Baie 85-3934), [51] qui sont tous destinés à être des médicaments à action orale pour le traitement de l'anémie. [52] D'autres composés importants de cette famille, qui sont utilisés dans la recherche mais n'ont pas été développés pour un usage médical chez l'homme, comprennent MK-8617, [53] YC-1, [54] IOX-2, [55] 2- méthoxyestradiol, [56] GN-44028, [57] AKB-4924, [58] Bay 87-2243, [59] FG-2216 [60] et FG-4497. [61] En inhibant l'enzyme prolyl-hydroxylase, la stabilité de HIF-2α dans le rein est augmentée, ce qui entraîne une augmentation de la production endogène d'érythropoïétine. [62] Les deux composés FibroGen sont passés aux essais cliniques de phase II, mais ceux-ci ont été temporairement suspendus en mai 2007 à la suite du décès d'un participant à l'essai prenant du FG-2216 d'une hépatite fulminante (insuffisance hépatique), mais il n'est pas clair si ce décès a été en fait causé par FG-2216. La suspension des tests supplémentaires du FG-4592 a été levée au début de 2008, après que la FDA a examiné et approuvé une réponse approfondie de FibroGen. [63] Roxadustat, vadadustat, daprodustat et molidustat ont maintenant tous progressé jusqu'aux essais cliniques de phase III pour le traitement de l'anémie rénale. [47] [48] [49]

Inflammation et cancer Modifier

Dans d'autres scénarios et contrairement à la thérapie décrite ci-dessus, des recherches récentes suggèrent que l'induction de HIF dans la normoxie est susceptible d'avoir des conséquences graves dans les contextes de maladie avec une composante inflammatoire chronique. [64] [65] [66] Il a également été démontré que l'inflammation chronique s'auto-entretient et qu'elle déforme le microenvironnement en raison de facteurs de transcription actifs de manière aberrante.En conséquence, des altérations de l'équilibre du facteur de croissance, des chimiokines, des cytokines et des ROS se produisent dans le milieu cellulaire qui, à leur tour, fournissent l'axe de croissance et de survie nécessaire pour de novo développement du cancer et des métastases. Ces résultats ont de nombreuses implications pour un certain nombre de pathologies où NF-κB et HIF-1 sont dérégulés, notamment la polyarthrite rhumatoïde et le cancer. [67] [68] [69] [70] Par conséquent, on pense que la compréhension de l'interaction entre ces deux facteurs de transcription clés, NF-κB et HIF, améliorera considérablement le processus de développement de médicaments. [27] [71]

L'activité HIF est impliquée dans l'angiogenèse nécessaire à la croissance des tumeurs cancéreuses, de sorte que des inhibiteurs de HIF tels que l'isothiocyanate de phénéthyle et l'acriflavine [72] sont (depuis 2006) à l'étude pour leurs effets anticancéreux. [73] [74] [75]

Neurologie Modifier

Des recherches menées sur des souris suggèrent que la stabilisation du HIF à l'aide d'un inhibiteur de la prolyl-hydroxylase du HIF améliore la mémoire hippocampique, probablement en augmentant l'expression de l'érythropoïétine. [76] Les activateurs de la voie HIF tels que le ML-228 peuvent avoir des effets neuroprotecteurs et sont intéressants en tant que traitements potentiels pour les accidents vasculaires cérébraux et les lésions de la moelle épinière. [77] [78]

Carcinome rénal associé à la maladie de von Hippel–Lindau Modifier

Le belzutifan est un facteur 2α inductible par l'hypoxie [79] à l'étude pour le traitement du carcinome rénal associé à la maladie de von Hippel–Lindau. [80] [81] [82] [83]


Introduction

Les maladies vasculaires ont été impliquées comme une cause majeure de mortalité mondiale [1]. La reconstruction vasculaire reste un défi clinique majeur pour les patients subissant une chirurgie cardiovasculaire [2]. Bien que les autogreffes puissent être utilisées pour remplacer les vaisseaux obstrués, elles présentent plusieurs limitations, telles qu'une disponibilité limitée, un risque d'infection associée au site donneur et une longueur ou un diamètre incompatibles [3]. Par conséquent, il existe un nouvel intérêt pour le développement de greffes vasculaires artificielles. Les greffes vasculaires artificielles, dont le poly(éthylène téréphtalate) (PET, Dacron), le poly(tétraflouroéthylène) expansé (ePTFE) et le polyuréthane (PU) ont montré des performances satisfaisantes pour la reconstruction de vaisseaux sanguins de grand diamètre (≥6 mm) [4] . Cependant, ces greffes vasculaires présentent plusieurs goulots d'étranglement pour la greffe de petit diamètre (<6 mm) en raison de la thrombose et de l'hyperplasie néointimale sévère [5]. Après implantation, une régénération vasculaire fonctionnelle impliquant une endothélialisation rapide [6], une régénération des CML contractiles [5] et une modulation de la réaction inflammatoire [5] est le résultat idéal pour traiter les problèmes susmentionnés et obtenir une perméabilité à long terme.

La réponse à l'hypoxie cellulaire a le potentiel d'améliorer la formation des vaisseaux sanguins [7] et la régénération des tissus [8], qui sont des processus principalement régulés par le facteur 1 inductible par l'hypoxie (HIF-1) [9]. HIF-1 est une protéine hétérodimérique composée de deux sous-unités, HIF-1α et HIF-1β [9]. HIF-1β est exprimé de manière constitutive à l'intérieur du noyau, alors que l'activité de HIF-1α est dépendante de l'oxygène [10]. Sous normoxie, la protéine HIF-1α subit une dégradation protéasomale par les prolyl-hydroxylases (PHD), qui nécessitent Fe 2+ , 2-oxoglutarate et oxygène pour hydroxyler les résidus de proline sur HIF-1α [11]. Au cours de l'hypoxie, l'activité des PHD est entravée, ce qui entraîne la stabilisation et l'accumulation de HIF-1α, qui se déplace vers le noyau et se lie à HIF-1β. Le complexe HIF-1 combiné active la transcription d'une multitude de gènes impliqués dans la réponse à l'hypoxie cellulaire, y compris les gènes codant pour les cytokines, le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF), le facteur de croissance des fibroblastes basique (bFGF) [9] et le facteur dérivé des cellules stromales 1 (SDF-1) [12], qui jouent un rôle de premier plan dans la promotion de la néovascularisation et de la régénération tissulaire.

La diméthyloxalylglycine (DMOG) est un inhibiteur compétitif des PHD, qui peut induire efficacement des réponses imitant l'hypoxie grâce à la stabilisation de l'expression de HIF-1α dans des conditions normoxiques [13]. L'injection intrapéritonéale ou intraveineuse de DMOG a fourni une neuroprotection après un traumatisme crânien [14]. Cependant, l'administration systémique de DMOG a été suggérée pour conférer des effets secondaires potentiels, tels qu'une élévation de l'hématocrite, du taux d'érythropoïétine (EPO) et du nombre de globules rouges et une augmentation de la signalisation purinergique cardiaque [15]. Par conséquent, les échafaudages fonctionnalisés DMOG avec la capacité de libérer localement DMOG ont été proposés pour offrir des options attrayantes pour le développement de matériaux régénératifs pour les applications d'ingénierie tissulaire. Par exemple, Wu et al. ont démontré que l'incorporation de DMOG dans des échafaudages en verre bioactif mésoporeux (MBG) améliorait la capacité angiogénique des cellules souches mésenchymateuses osseuses humaines (hBMSCs), mais a également amélioré leur différenciation ostéogénique [16]. Ren et al. ont rapporté que des membranes fibreuses électrofilées en poly(acide l-lactique) (PLLA) alignées contenant des nanosphères de silice mésoporeuse chargées de DMOG augmentaient la formation capillaire et la cicatrisation des plaies chez les rats diabétiques [17].

Les artères sont à l'interface avec le sang artériel, qui possède une fraction d'oxygène beaucoup plus élevée que les os, le cerveau, le foie, la peau et d'autres organes majeurs [18]. La paroi artérielle est alimentée en oxygène par deux sources : la première est le processus par lequel l'oxygène est transporté du sang artériel vers l'intima et les parois des artères avasculaires à proximité immédiate de l'intima la seconde est le processus par lequel l'oxygène est obtenu à partir des vasa vasorum, qui est situé dans l'adventice et la partie externe de la média [19]. Cependant, l'état d'accès à l'oxygène des greffons vasculaires artificiels implantés dans le système artériel et l'effet de l'hypoxie-imitant sur la régénération vasculaire restent incertains. Cette inconnue a conduit à la justification de l'enquête actuelle : nous avons émis l'hypothèse que l'induction d'une réponse imitant l'hypoxie, en termes de régulation de la stabilité de HIF-1α, pourrait améliorer la régénération vasculaire des greffons vasculaires artificiels au cours du stade précoce critique de l'implantation.

L'électrofilage a été largement utilisé pour fabriquer des greffes vasculaires fibreuses en raison de propriétés avantageuses qui favorisent l'adhésion et la prolifération cellulaires [20]. Le groupe de Walpoth [21] a confirmé que les greffes PCL électrofilées communes offraient une meilleure couverture endothéliale, l'induction de dépôts de matrice extracellulaire (ECM) et la formation de néointima. Ainsi, les greffes PCL électrofilées courantes ont surpassé les greffes en ePTFE dans ces zones, après implantation dans l'aorte abdominale de rat pendant 6 mois [21]. Des recherches ultérieures [22] ont montré que les greffes PCL électrofilées courantes maintenaient une excellente intégrité structurelle et une excellente perméabilité après 18 mois, dans le même modèle de rat. Cependant, à 12 et 18 mois, une régression du nombre de cellules, de la densité capillaire et une calcification sévère ont été observées dans la paroi du greffon. Ces résultats étaient probablement dus à la bio-inertie et à la structure fibreuse dense des greffes PCL courantes. La structure fibreuse dense des greffons électrofilés courants entraîne souvent une petite taille des pores, ce qui a un impact négatif sur la migration des cellules dans les parois du greffon [20]. La cellularisation des greffes vasculaires est un facteur clé dictant le succès ou l'échec de la régénération et du remodelage tissulaire [23]. Notre étude précédente a montré qu'en augmentant le diamètre des fibres PCL, la taille moyenne des pores des greffes PCL électrofilées pouvait également être augmentée [23]. Cela a amélioré à son tour l'infiltration cellulaire et la régénération vasculaire [23]. Nous avons déterminé que les greffes PCL électrofilées macroporeuses (ci-après appelées greffes PCL) serviraient de greffes artificielles appropriées à utiliser dans l'observation des effets imitant l'hypoxie sur la régénération vasculaire, en particulier les résultats de régénération cellulaire et tissulaire dans les parois de la greffe.

Les progrès récents de l'électrofilage ont permis l'encapsulation directe de différents types de médicaments et de facteurs bioactifs pour obtenir une libération locale et prolongée pour favoriser la régénération tissulaire [24]. Par conséquent, dans cette étude, nous avons d'abord évalué l'état d'accès à l'oxygène des greffes PCL électrofilées à l'aide de kits Hypoxyprobe™-1 dans un modèle de remplacement de l'aorte abdominale chez le rat. Ensuite, nous avons fabriqué des greffes vasculaires PCL chargées de DMOG par électrofilage. La cinétique de libération du DMOG, la compatibilité sanguine, les propriétés morphologiques et mécaniques des greffons PCL chargés de DMOG ont été caractérisées. Nous avons évalué in vitro l'effet des échafaudages chargés de DMOG sur la régulation de la prolifération, la migration, la production d'oxyde nitrique (NO) et la sécrétion de facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF) des HUVEC et les effets sur la polarisation des macrophages RAW264.7 par stabilisation de la protéine HIF-1α. Les effets de l'imitation des réponses hypoxiques sur l'amélioration de la régénération vasculaire et de la régulation de la réponse inflammatoire ont ensuite été étudiés en implantant des greffons PCL chargés de DMOG dans les artères abdominales de rat.


A5. Modification oxydative des lipides :

Les premiers stades de la maladie cardiovasculaire semblent impliquer le développement de stries d'acides gras sous les parois des artères. Les macrophages, une cellule immunitaire, possèdent des récepteurs qui semblent reconnaître les lipoprotéines oxydées dans le sang, qu'ils captent. Les cellules deviennent alors des cellules spumeuses contenant de la graisse qui forment les stries. L'oxydation des acides gras dans les lipoprotéines (éventuellement par l'ozone) pourrait produire des peroxydes lipidiques et l'oxydation des protéines dans les lipoprotéines. Les neurones corticaux de patients atteints du syndrome de Down fœtal présentent des niveaux 3 à 4 fois plus élevés d'espèces O2 réactives intracellulaires et des niveaux accrus de peroxydation lipidique par rapport aux neurones témoins. Ces dommages sont prévenus par le traitement des neurones en culture avec des capteurs de radicaux libres ou de la catalase.

Une étude récente des peroxiredoxines par Neumann et al a montré l'importance de ces produits géniques chez la souris. Les peroxyrédoxines (qui catalysent la conversion des peroxydes et de la thiorédoxine en eau et en thiorédoxine oxydée) sont de petites protéines avec un site actif de cystéine et se trouvent dans la plupart des organismes. La transcription du gène de la peroxiredoxine 1 de mammifère est activée par le stress oxydatif. Ils ont inactivé le gène qui a produit une souris qui pouvait se reproduire et semblait vitale, mais qui avait une durée de vie raccourcie. Ces souris ont développé une anémie hémolytique sévère et plusieurs types de cancers. Des niveaux élevés d'espèces réactives de l'oxygène et des niveaux accrus de protéines oxydées qui en résultent ont été trouvés dans les globules rouges des souris knock-out atteintes d'anémie. Des niveaux élevés de 8-oxoguanine, résultant de dommages oxydatifs à l'ADN, ont été trouvés dans les cellules tumorales.


Résumé A10 : Corrélation de la résonance magnétique et de l'imagerie moléculaire à l'aide d'un contrôle virtuel tridimensionnel non traité

Avec une survie moyenne du glioblastome multiforme (GBM) à peine supérieure à 15 mois, il devient impératif de développer de nouveaux outils informant à la fois sur la progression et l'efficacité du traitement. À mesure que la croissance agressive du GBM dépasse les ressources disponibles, des régions d'hypoxie se développent. L'hypoxie peut être évaluée cliniquement par TEP au [18F]-fluoromisonidazole (FMISO). Cependant, l'imagerie TEP souffre d'une faible résolution et d'artefacts de reconstruction. Nous présentons les résultats comparatifs et prédictifs d'un modèle à plusieurs étapes utilisant la biologie mathématique du cancer et la physique de l'imagerie TEP.

Notre modèle mathématique de GBM caractérise les cellules cancéreuses en phénotypes interactifs de cellules normoxiques, hypoxiques et nécrotiques soutenues par le système vasculaire. L'activité pharmacocinétique de FMISO est induite dans le tissu simulé puis acquise et reconstruite par un simulateur analytique du processus TEP. Ce processus en plusieurs étapes crée des images TEP virtuelles spécifiques au patient avec les caractéristiques de la TEP clinique. En prolongeant les travaux antérieurs, nous modélisons la dynamique tridimensionnelle complète de la progression tumorale, l'activité pharmacocinétique et la PET FMISO pour la cinétique tumorale de six patients atteints de GBM. Les images PET FMISO virtuelles et cliniques sont comparées.

La charge hypoxique globale et la distribution spatiale montrent une forte correspondance entre les images PET FMISO virtuelles et cliniques pour les six patients.

La dynamique simulée de la TEP FMISO, avec la cinétique tumorale dérivée des IRM cliniques de routine, fournit un outil unique et évolutif donnant un aperçu des connexions biologiques entre la résonance magnétique et l'imagerie moléculaire.

Format de citation : Joshua Jacobs, Andrea Hawkins-Darrud, Robert Harrison, Sandra Johnston, Paul Kinahan, Kristin Swanson. Corrélation de la résonance magnétique et de l'imagerie moléculaire à l'aide d'un contrôle virtuel tridimensionnel non traité. [abstrait]. Dans : Actes de la conférence spéciale de l'AACR sur l'ingénierie et les sciences physiques en oncologie 2016 25-28 juin Boston, MA. Philadelphie (PA): AACR Cancer Res 201777(2 Suppl):Abstract nr A10.


PTHrP comme cible thérapeutique

De nombreuses études ont fourni des preuves convaincantes que la PTHrP favorise la progression tumorale et la récidive tardive en poussant les cellules tumorales hors de la dormance, ce qui entraîne une faible survie des patients. Ainsi, la PTHrP semblerait être une cible thérapeutique prometteuse pour le traitement des cancers humains avancés. Plusieurs études animales ont démontré une réduction des métastases osseuses à distance avec des inhibiteurs de petites molécules de PTHrP (159) et des anticorps neutralisants (68, 160, 161), cependant, les données cliniques humaines font défaut. En outre, il existe plusieurs limitations dans notre compréhension actuelle de l'activité biologique de la PTHrP qui compliquent considérablement le développement de thérapies anti-PTHrP sûres et efficaces à l'heure actuelle. La PTHrP est un peptide incroyablement complexe avec de multiples domaines distincts qui peuvent chacun influencer ses actions en tant que molécule de signalisation endocrinienne, paracrine, autocrine et intracrine. Ceci, associé au fait que ses différentes isoformes et fragments peuvent provoquer diverses réponses cellulaires, pourrait entraîner des thérapies ciblant la PTHrP qui favorisent par inadvertance la croissance et la récidive tumorales si elles sont utilisées dans la mauvaise population de patients ou au mauvais stade de progression de la maladie. Cela est particulièrement vrai dans le cancer du sein, où les données précliniques et cliniques suggèrent que la PTHrP inhibe la progression tumorale précoce, mais favorise les métastases à distance dans les stades avancés de la maladie (162). Des études définissant pleinement le rôle de la PTHrP dans différents stades du cancer et dans la dormance tumorale sont nécessaires afin d'identifier la fenêtre thérapeutique appropriée pour cibler la PTHrP.

En plus de l'inhibition directe de la PTHrP, des approches alternatives, notamment le ciblage des régulateurs en amont de l'expression du peptide, ont été explorées. Comme discuté précédemment (20), la signalisation Wnt entraîne l'expression de PTHrP dans les cellules cancéreuses hautement ostéolytiques et présente ainsi une thérapie potentielle pour prévenir la destruction osseuse induite par la tumeur et l'excroissance métastatique. Cependant, le ciblage thérapeutique de Wnt présente des défis en raison d'effets délétères hors cible, car la signalisation est essentielle au cours du développement normal et de l'homéostasie tissulaire, en particulier la formation osseuse (163&# x02013165). Cependant, l'activité anti-tumorale des inhibiteurs de Wnt a été étudiée et a montré une efficacité variable, principalement dans des modèles précliniques de cancer gastro-intestinal (166, 167). Il existe également de nombreux essais cliniques en cours sur les inhibiteurs de la voie Wnt dans plusieurs autres types de tumeurs solides [NCT01351103, NCT03901950, NCT02675946, NCT03447470, NCT03395080]. Ces dernières années, davantage de cibles moléculaires spécifiques aux cellules cancéreuses telles que l'ATPase vacuolaire (v-ATPase) ont été explorées dans le développement d'inhibiteurs de signalisation Wnt (168, 169). La bafilomycine et la concanamycine, qui se lient directement à la v-ATPase et l'inhibent, inhibent nettement la signalisation Wnt/β-caténine dans les cellules cancéreuses colorectales in vitro et réduire la prolifération des cellules tumorales in vivo sans toxicité significative (168). Les inhibiteurs sélectifs de Porcupine (PORCN), une acyltransférase qui catalyse la modification post-traductionnelle et l'activation des ligands WNT, ont également montré une activité anti-tumorale prometteuse in vivo, tout en épargnant les tissus dépendants du WNT (170, 171). Bien que l'inhibition de la voie Wnt puisse être une thérapie efficace pour diminuer l'expression de la PTHrP pour le traitement des cancers métastatiques, une enquête plus approfondie est nécessaire pour identifier les inhibiteurs les plus sélectifs et la fenêtre thérapeutique la plus sûre.

D'autres cibles en amont comprennent TGF-β qui régule à la hausse l'expression de Gli2 et à son tour augmente la sécrétion tumorale de PTHrP (172, 173). La répression de Gli2 réduit considérablement la destruction osseuse induite par la tumeur médiée par la signalisation TGF-β dans les cellules MDA-MB-231 du cancer du sein humain (172). Des inhibiteurs contre les protéines TGF-β et GLI ont été évalués dans des essais cliniques en tant que thérapie anticancéreuse (174) [clinicaltrials.gov]. Une autre étude a démontré que le récepteur EGF favorise la production de PTHrP, puisque le traitement avec l'erlotinib, un inhibiteur de la tyrosine kinase du récepteur EGF, supprime l'expression de la PTHrP dans les cellules cancéreuses du poumon non à petites cellules et réduit l'ostéolyse (175). D'autres inhibiteurs de la tyrosine kinase du récepteur EGF, dont le géfitinib, réduisent également les taux de PTHrP (176). Enfin, le ciblage des effecteurs en aval de la PTHrP peut également constituer une stratégie efficace. Par exemple, comme mentionné précédemment, la surexpression de PTHrP (1�) dans les cellules MCF7 réprime également l'expression et la signalisation en aval de LIFR, un suppresseur de tumeur mammaire connu et un facteur de dormance dans l'os (28). Par conséquent, la régulation négative du LIFR favorise l'émergence des cellules cancéreuses du sein MCF7 humaines de la dormance dans l'os. Le traitement avec l'acide valproïque, inhibiteur de l'histone désacétylase, augmente ensuite l'expression du LIFR dans les cellules humaines de cancer du sein MCF7 in vitro, suggérant que le ciblage du LIFR, un facteur en aval de la signalisation PTHrP, peut maintenir efficacement les cellules tumorales dans un état dormant pour empêcher la croissance métastatique. De multiples stratégies doivent donc être envisagées afin de développer les thérapies ciblant la PTHrP les plus sélectives et les plus efficaces.


Signalisation des facteurs inductibles par l'hypoxie dans l'hypertension pulmonaire

1 Département de développement et de remodelage pulmonaire, Institut Max Planck de recherche cardiaque et pulmonaire, membre du Centre allemand de recherche pulmonaire (DZL), membre de l'Institut cardio-pulmonaire (CPI), Bad Nauheim, Allemagne.

2 Département de médecine interne, Universités de Giessen et Marburg Lung Center, membre du DZL et du CPI, Justus Liebig University, Giessen, Allemagne.

3 Institut pour la santé pulmonaire (ILH), Université Justus Liebig, Giessen, Allemagne.

4 Frankfurt Cancer Institute (FCI), Université Goethe, Francfort-sur-le-Main, Allemagne

Adressez la correspondance à : Soni Savai Pullamsetti, Max Planck Institute for Heart and Lung Research, Parkstraße 1, 61231 Bad Nauheim, Allemagne. Téléphone : 49.6032.705.380 Courriel : [email protected]

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1 Département de développement et de remodelage pulmonaire, Institut Max Planck de recherche cardiaque et pulmonaire, membre du Centre allemand de recherche pulmonaire (DZL), membre de l'Institut cardio-pulmonaire (CPI), Bad Nauheim, Allemagne.

2 Département de médecine interne, Universités de Giessen et Marburg Lung Center, membre du DZL et du CPI, Justus Liebig University, Giessen, Allemagne.

3 Institut pour la santé pulmonaire (ILH), Université Justus Liebig, Giessen, Allemagne.

4 Frankfurt Cancer Institute (FCI), Université Goethe, Francfort-sur-le-Main, Allemagne

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2 Département de médecine interne, Universités de Giessen et Marburg Lung Center, membre du DZL et du CPI, Justus Liebig University, Giessen, Allemagne.

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2 Département de médecine interne, Universités de Giessen et Marburg Lung Center, membre du DZL et du CPI, Justus Liebig University, Giessen, Allemagne.

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1 Département de développement et de remodelage pulmonaire, Institut Max Planck de recherche cardiaque et pulmonaire, membre du Centre allemand de recherche pulmonaire (DZL), membre de l'Institut cardio-pulmonaire (CPI), Bad Nauheim, Allemagne.

2 Département de médecine interne, Universités de Giessen et Marburg Lung Center, membre du DZL et du CPI, Justus Liebig University, Giessen, Allemagne.

3 Institut pour la santé pulmonaire (ILH), Université Justus Liebig, Giessen, Allemagne.

4 Frankfurt Cancer Institute (FCI), Université Goethe, Francfort-sur-le-Main, Allemagne

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Publié le 3 septembre 2020 - Plus d'infos

L'hypertension pulmonaire (HP) est caractérisée par un remodelage de l'artère pulmonaire qui peut ensuite aboutir à une insuffisance cardiaque droite et à une mort prématurée. De nouvelles preuves suggèrent que la signalisation du facteur inductible par l'hypoxie (HIF) joue un rôle fondamental et pivot dans la pathogenèse de l'HTP. Cette revue résume la régulation des isoformes HIF et leur impact dans divers sous-types de PH, ainsi que les études de souris knock-out conditionnelles et cellulaires élaborées qui ont mis en lumière le rôle de cette voie. Nous discutons également de l'état préclinique actuel des inhibiteurs HIF pan et isoformes sélectifs, et proposons de nouveaux domaines de recherche qui pourraient faciliter l'inhibition spécifique des isoformes HIF en tant que nouvelle stratégie thérapeutique pour l'HTP et l'insuffisance cardiaque droite.

Le facteur de transcription hypoxia-inducible factor (HIF) est un régulateur principal de l'homéostasie de l'oxygène qui agit comme un complexe hétérodimérique composé de la sous-unité sensible à l'oxygène (HIF-α comprenant HIF-1α, HIF-2α [EPAS1] et HIF- 3α) et la sous-unité β insensible à l'oxygène (HIF-β comprenant HIF-1β [translocateur nucléaire de récepteur d'hydrocarbure aryle, ARNT1], ARNT2 et ARNT3) (1). Dans les cellules oxygénées, la sous-unité HIF-α est inactivée par hydroxylation par les protéines du domaine de la prolyl hydroxylase (PHD) et le facteur inhibiteur HIF (FIH), ce qui permet la liaison de la protéine suppresseur de tumeur von Hippel-Lindau (VHL), un composant d'un E3 complexe d'ubiquitine ligase qui cible ensuite le HIF-α hydroxylé pour la dégradation protéasomale. Dans des conditions hypoxiques, l'oxygène devient limité, entraînant l'atténuation de l'hydroxylation de HIF-α et entraînant la stabilisation des sous-unités HIF-α. Cela initie la translocation nucléaire et la liaison de la sous-unité HIF-α avec la sous-unité HIF-β, et ce HIF activé initie une réponse adaptative à l'hypoxie en induisant ou en réprimant un large éventail de gènes impliqués dans la régulation du tonus vasculaire, de l'angiogenèse, de l'érythropoïèse, des cellules métabolisme, prolifération, survie et réponse autophagique (1). Cependant, les conditions non hypoxiques, c'est-à-dire les facteurs de croissance, les hormones ou les cytokines, modulent également les sous-unités HIF-α à différents niveaux (transcription génique, traitement de l'ARNm, interactions protéine-protéine et modifications post-traductionnelles pour une description détaillée, voir réf. 1, 2) et réguler une pléthore de voies de signalisation. Dans le poumon, les HIF orchestrent une réponse physiologique à l'hypoxie et contribuent à la pathogenèse de nombreux troubles, notamment le cancer du poumon, la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), la fibrose pulmonaire (FP) et l'hypertension pulmonaire.

L'hypertension pulmonaire (HP) est un trouble vasculaire pulmonaire grave caractérisé par une prolifération excessive de cellules vasculaires, un dépôt accru de matrice extracellulaire et une accumulation de cellules inflammatoires dans la paroi vasculaire pulmonaire, entraînant collectivement une résistance vasculaire pulmonaire accrue (3). Malgré des recherches approfondies dans ce domaine, les mécanismes sous-jacents au développement et à la progression de la maladie sont incomplètement compris (4). Parmi de nombreuses voies de signalisation dérégulées, la signalisation HIF a été identifiée comme l'un des mécanismes sous-jacents déterminant la progression de la maladie non seulement dans l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP de groupe I), mais aussi dans l'HTP due à des maladies pulmonaires et/ou à une hypoxie, y compris l'HTP associée à une hypertrophie chronique exposition en altitude ( 5 , 6 ), MPOC ( 7 ) et PF ( 8 ) (groupe III PH). Notamment, une expression accrue de HIF-1α a été observée dans les tissus pulmonaires de patients atteints d'HTAP (9 – 13), d'HTP thromboembolique chronique (14) et d'HTP idiopathique associée à la PF (15, 16), tandis que HIF-2α a été associé avec PH associée à une hernie diaphragmatique congénitale (17). En outre, les patients néonatals atteints d'HTP associée à une maladie respiratoire aiguë présentent également des taux circulants accrus de HIF-1α (18). De plus, HIF-1α et ses gènes cibles facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) et l'érythropoïétine (OEB) sont régulés positivement dans les cellules sanguines périphériques des nouveau-nés atteints de cyanose et d'HTP persistante, représentant ainsi des marqueurs précoces de l'hypoxie généralisée (19). De même, les augmentations des cellules progénitrices circulantes dérivées de la moelle osseuse observées chez les patients atteints d'HTAP sont régulées par le ligand de chimiokine du motif C-X-C dirigé par HIF-1α 12 (CXCL12) expression dans les cellules endothéliales de l'artère pulmonaire (PAEC) (20). Les sources cellulaires d'expression accrue de HIF-1α dans le tissu pulmonaire des patients atteints d'HTP sont les PAEC (16, 21) et les cellules musculaires lisses de l'artère pulmonaire (PASMC) (22, 23). Alors que certains rapports montrent une régulation positive de HIF-1α dans les artères pulmonaires des patients atteints d'HTAP (24), d'autres fournissent des preuves d'une diminution de HIF-1α dans les PASMC isolées de patients atteints d'HTAP idiopathique (IPAH) (25, 26). Les patients atteints d'HTAP présentent également une expression pulmonaire accrue de HIF-1β (11) et, de même, l'expression de HIF-2α s'est avérée augmentée dans les artères pulmonaires de patients atteints d'HTAP (24, 27) et d'HTP associée à la FPI (16). . Les sources cellulaires d'expression accrue de HIF-2α dans le tissu pulmonaire des patients atteints d'HTP sont principalement les PAEC (16, 27, 28), suggérant une régulation spécifique au type cellulaire et au contexte des isoformes HIF dans l'HTP.

L'activation des HIF dans divers sous-types d'HTP suggère qu'avec l'hypoxie chronique, d'autres facteurs responsables de l'initiation de l'HTP (variants génétiques, vasoconstriction, dysfonctionnement endothélial, anomalies mitochondriales, croissance cellulaire dérégulée et inflammation) peuvent activer les voies de signalisation HIF pour déclencher des altérations dans les cellules vasculaires pulmonaires, les cellules inflammatoires et les cellules cardiaques qui remodèlent la vascularisation pulmonaire et le ventricule droit (VR) (Figure 1).

Concepts émergents de signalisation HIF dans l'hypertension pulmonaire. De nouvelles preuves montrent que de nombreux facteurs pro-PH en dehors de l'hypoxie, tels que l'inflammation, l'étirement mécanique, le stress oxydatif et la prédisposition génétique, convergent vers les voies de signalisation HIF, provoquant des altérations du tonus vasculaire, de l'angiogenèse, du métabolisme et de la survie cellulaire qui conduisent ensuite à remodelage vasculaire pulmonaire et ventriculaire droit. VHL, suppresseur de tumeur von Hippel–Lindau αAR,1récepteur β-adrénergique iNOS, monoxyde d'azote synthase inductible HO-1, hème oxygénase-1 TRPC1, potentiel de récepteur transitoire canonique 1 KCNA5, canal potassique voltage-dépendant, sous-famille liée à l'agitateur, membre 5 KCNMB1, sous-unité bêta du canal potassique activé par le calcium 1 PAI-1, inhibiteur de l'activateur du plasminogène-1 TF, transferrine TFR, récepteur de transferrine EPO, érythropoïétine PDK1, pyruvate déshydrogénase kinase 1 IGF2BP1, facteur de croissance analogue à l'insuline 2 protéine de liaison à l'ARNm 1 p21, inhibiteur de kinase cycline-dépendante 1 CCNG2, cycline -G2 DEC1, délété dans le cancer de l'œsophage 1.

Variantes génétiques de la voie HIF. Les variantes génétiques des molécules de la voie HIF identifiées dans les populations de haute altitude et chez les patients atteints de polyglobulie de Chuvash illustrent l'importance de la voie HIF dans l'adaptation et le remodelage vasculaire pulmonaire. La polyglobulie de Tchouvache est caractérisée par la présence de la mutation faux-sens R200W (598C>T) dans le VHL, qui réduit sa liaison aux sous-unités HIF-α hydroxylées et augmente ainsi les niveaux de HIF-1α et HIF-2α (29). Cela conduit à l'expression de gènes cibles HIF, y compris OEB et VEGF et entraîne le développement d'une polyglobulie. Dans la polyglobulie de Chuvash, en dehors de l'érythrocytose, plusieurs mutations de perte de fonction du VHL, dont D126N (376G>A) (30), D126N (376G>A)/S183L (548C>T) (31) et M54I (162G>C), ont été associées avec une pression artérielle pulmonaire (PAP) au repos plus élevée, une PH sévère et un dysfonctionnement du VD (32-35). De plus, une mutation dans HIF-2α G537R, qui altère l'hydroxylation de HIF-2α, provoquant une érythrocytose familiale, est également associée à l'HTP (36).

Plusieurs études de sélection à l'échelle du génome ont été réalisées sur des populations de haute altitude, notamment des Tibétains, des Éthiopiens et des Andins (5, 6), et ont identifié des signaux de sélection positive pour les variantes génétiques dans et autour de la voie HIF permettant à ces populations de s'adapter à la vie. en cas d'hypoxie à haute altitude. Cependant, une résidence à long terme en haute altitude peut entraîner une augmentation soutenue de la PAP et le développement de l'HTP. Parmi toutes les populations de haute altitude, les Tibétains ont la plus faible PAP (37). Une étude de gènes candidats basée sur les résultats d'analyses à l'échelle du génome qui ont identifié des variantes génétiques associées à l'adaptation à haute altitude a révélé que AEPA1 Les variantes (HIF-2α) sont associées à une PAP inférieure chez les Tibétains (38). De plus, les Tibétains qui vivent à basse altitude mais hébergent des variantes génétiques dans AEPA1 (encodage HIF-2α) et EGLN1 (codant PHD2) affichent une vasoconstriction pulmonaire hypoxique émoussée (39). Ainsi, de futures études sont nécessaires pour délimiter le rôle des variantes du gène de la voie HIF dans la susceptibilité ou la résistance à l'HTP à haute altitude parmi les populations indigènes de haute altitude.

Facteurs vasomodulateurs. Il a été démontré que divers facteurs vasomodulateurs régulent la stabilité des isoformes HIF et l'activité transcriptionnelle dans les PAEC (figure 2 et tableau 1). L'oxyde nitrique (NO) maintient le tonus vasculaire pulmonaire et sa régulation négative est impliquée dans la pathogenèse de l'HTP. Des études récentes indiquent que le NO joue un rôle central dans la régulation de l'axe hypoxie/HIF. Par exemple, dans les PAEC, l'hypoxie conduit à une régulation négative post-transcriptionnelle de l'expression de la NO synthase endothéliale (eNOS) par le cis–ARN antisens naturel sONE (40), ce qui entraîne une baisse des niveaux de NO et une stabilité accrue de HIF-1α. En conséquence, les faibles niveaux de NO dus à la suppression d'eNOS provoquent également la stabilisation de HIF-1α et la migration des cellules endothéliales normoxiques (CE) (41). De plus, les régulateurs endogènes de la production de NO tels que l'arginase-2 et la diméthylarginine asymétrique affectent la prolifération cellulaire et l'expression des gènes inflammatoires en stabilisant HIF-1α dans les PAEC (42). L'endothéline 1 (ET-1), un puissant vasoconstricteur, stabilise également HIF-1α, qui à son tour favorise le commutateur glycolytique induit par HIF-1α via la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) médiées par eNOS dans les PAEC (43). De même, la stimulation des PASMC normoxiques avec ET-1 augmente la stabilité de HIF-1α en raison de l'augmentation du Ca 2+ et des ROS et augmente l'activité transcriptionnelle de HIF-1α en raison de l'activation de la voie ERK1/2, qui phosphoryle p300 pour augmenter sa liaison à HIF-1α (44). De plus, ET-1 favorise la stabilisation de la protéine HIF-1α dans les PASMC normoxiques via la déphosphorylation RACK1 dépendante de la calcineurine, qui à son tour inhibe l'activité PHD2 (45). Fait important, il a également été démontré que HIF régule la synthèse d'ET-1. Les souris présentant un déficit global en NEPAS, une variante du transcrit de HIF-3α, présentent ET-1 surexpression, qui conduit à un remodelage vasculaire pulmonaire et à une cardiomyopathie dilatée en raison d'une vascularisation tissulaire excessive qui est évidente dès la naissance et progresse dans les derniers stades de la vie (46). Ainsi, HIF et ET-1 forment une boucle régulatrice bidirectionnelle qui joue un rôle important dans la conduite du remodelage vasculaire pulmonaire.

Signalisation HIF dans l'HTP : modulateurs en amont et en aval des cellules endothéliales de l'artère pulmonaire. Les facteurs de croissance vasomodulateurs, mitochondriaux et inflammatoires et les anomalies épigénétiques associées à l'HTP régulent la stabilité des isoformes HIF et l'activité transcriptionnelle dans les cellules endothéliales de l'artère pulmonaire (PAEC). Par la suite, les isoformes HIF activent transcriptionnellement une série de gènes qui participent au tonus vasculaire, à l'angiogenèse, au métabolisme et à la prolifération cellulaire. De longues lignes noires avec des flèches indiquent un effet activateur bloqué des lignes rouges, un effet inhibiteur ↑, une activation ou une régulation positive ↓, une inactivation ou une régulation négative. TFAM, facteur de transcription mitochondrial A PlGF, facteur de croissance placentaire EPOR, récepteur de l'érythropoïétine ETUN B, récepteurs de l'endothéline de type A et B sONE, ARNm antisens ADMA, diméthylarginine asymétrique Cul2, Cullin 2 ATOH8, facteur de transcription atonal BHLH 8 ISCU1/2, protéines d'assemblage de cluster fer-soufre (Fe-S) 1 et 2 PGK1, phosphoglycérate kinase 1 PKM , la pyruvate kinase M.

Résumé des études portant sur les régulateurs en amont de la voie de signalisation HIF dans l'HTP

Inflammation, facteurs de croissance et microARN. L'hypoxie induit une régulation à la hausse de l'IL-33 et de son récepteur ST2 dans les PAEC, ce qui active la signalisation HIF-1α/VEGF en aval, ce qui améliore la prolifération, l'adhésion et l'angiogenèse d'une manière dépendante de ST2 (47). De même, les hormones et les facteurs de croissance tels que la protéine morphogénétique osseuse (BMP), le facteur de croissance placentaire (PlGF), le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF), l'EPO, l'estradiol et les molécules de signalisation régulent l'activité transcriptionnelle des isoformes HIF dans les PAEC. Par exemple, chez les patients atteints de drépanocytose associée à la drépanocytose (associée à la DSC), des niveaux élevés de PlGF entraînent une régulation négative du microARN-199a2 (miR-199a2), un régulateur négatif de HIF-1α. De plus, la transcription médiée par l'agoniste PPARα de miR-199a2 atténue ET-1 expression et niveau de HIF-1α, améliorant le PH dans un modèle murin de SCD (48 – 50). L'estradiol régule négativement ET-1 expression dans les PAEC en interférant avec l'activité HIF, éventuellement par compétition pour des quantités limitantes de CBP/p300 (51). L'estradiol régule également négativement HIF-2α en favorisant sa dégradation par la régulation à la hausse de PHD2 médiée par les récepteurs des œstrogènes (ERβ-médiée) dans les PAEC hypoxiques (52). En revanche, les molécules de signalisation BMP SMAD1 et SMAD5 activent transcriptionnellement le facteur de transcription atonal bHLH 8 (ATOH8), qui interagit avec HIF-2α pour réduire son abondance et l'expression de ses gènes cibles delta-like protein 4 (DLL4) et l'angiopoïétine-2 (ANGPT2) dans les PAEC exposés à l'hypoxie (53). Les souris ATOH8-KO développent spontanément une PH, suggérant un rôle important de la signalisation BMP dans la régulation de la voie HIF. De plus, l'expression de miR-322/424 induite par HIF-1α dans les CE humaines atténue la dégradation de HIF-1α en provoquant une répression post-transcriptionnelle de cullin-2, une protéine d'échafaudage de l'ubiquitine ligase E3 (54).

Cependant, en ce qui concerne les PASMC, il a été démontré que la régulation croisée entre la molécule d'adhésion CD146 et HIF-1α via la voie NF-κB dans les PASMC déclenche un remodelage vasculaire pulmonaire. La perturbation de l'axe CD146/HIF-1α dans les PASMC émousse le remodelage vasculaire et produit une atténuation marquée du PH (55). De plus, une prolifération exagérée dans les PASMC se produit après exposition à des facteurs de croissance, tels que le facteur de croissance épidermique (EGF), FGF2, PDGF, ou est médiée par l'activation de HIF-1α mais pas de HIF-2α (56), suggérant que HIF-1α agit en aval de ces facteurs de croissance, qui sont bien établis en tant que facteurs déterminants de la maladie dans l'HTP. Les agonistes de PPARγ exercent des effets antiprolifératifs sur les PASMC via l'inhibition médiée par PPARγ de HIF-1α et de ses gènes en aval tels que PDK-1, TRPC1, et TRPC6 (57, 58). Cependant, l'hypoxie induit une régulation négative de PPARγ via HIF-1α dans les PASMC (57, 58), suggérant un mécanisme de boucle de rétroaction négative entre PPARγ et HIF-1α. Parmi d'autres régulateurs, la régulation négative induite par l'hypoxie de miR-206 (59) et miR-150 (60) favorise un phénotype pro-prolifératif et promigratoire des PASMC en ciblant HIF-1α. De plus, dans les PASMC de rat, la régulation à la hausse des molécules liées à la fois à la SUMOylation (SUMO-1) et à la déSUMOylation (SENP1) entraîne une augmentation de la stabilité et de l'activité transcriptionnelle de HIF-1α, augmentant ainsi la prolifération (61, 62).

Anomalies mitochondriales. L'interaction entre les anomalies mitochondriales, les NADPH oxydases (NOX) et les ROS a été établie comme un important activateur de HIF-1α dans les cellules vasculaires pulmonaires de l'HTP (63-65).Par exemple, les anomalies mitochondriales qui déplacent le métabolisme de la phosphorylation oxydative vers la glycolyse (notamment l'activation de la pyruvate déshydrogénase kinase [PDK]) conduisent à une altération normoxique du flux d'électrons et à une réduction de la production mitochondriale de ROS (66). Ce signal pseudohypoxique est associé à la translocation nucléaire de HIF-1α. Au contraire, des rapports suggèrent que de faibles niveaux de superoxyde dismutase 2 (SOD2), tels qu'observés dans les PAEC de patients atteints d'IPAH, favorisent la stabilisation de HIF-1α en raison de l'augmentation des niveaux de ROS (21). L'étirement mécanique imposé aux PASMC en raison du stress hémodynamique pulmonaire provoque la formation de ROS à médiation par le complexe mitochondrial III, qui à la fois induit la voie NF-κB et inhibe Phd2, conduisant à l'activation de HIF-1α (67), indiquant que le stress hémodynamique lui-même sert de facteur indépendant régulateur de HIF-1α. En effet, plusieurs molécules régulatrices en amont des ROS sont impliquées dans l'activation de HIF-1α. Par exemple, la perte de sirtuine 3, un régulateur crucial de la fonction mitochondriale dans les PASMC, provoque un dysfonctionnement mitochondrial conduisant à la production de ROS et à la stabilisation de HIF-1α (68). En conséquence, les souris sirtuine 3-KO développent une hypertrophie PH et RV spontanée (68). Récemment, nous avons identifié un mécanisme moléculaire dans lequel une protéine d'échafaudage, Ras association domain family 1A (RASSF1A), agit comme un régulateur crucial de la signalisation HIF-1α dans les PASMC. En cas d'hypoxie, HIF-1α régule positivement RASSF1A expression, et RASSF1A est stabilisé par la phosphorylation induite par ROS et médiée par la protéine kinase C (médiée par la PKC). RASSF1A stabilise à son tour HIF-1α, entraînant une augmentation de l'activité transcriptionnelle de HIF-1 (69). Cette boucle d'anticipation cruciale RASSF1A-HIF-1α détermine la commutation pro-proliférative et glycolytique des PASMC et des fibroblastes adventitiels de l'artère pulmonaire (PAAF) (69). La perturbation de la diaphonie RASSF1A/HIF-1α par l'ablation génétique de RASSF1A atténue le remodelage vasculaire pulmonaire chez les souris exposées à l'hypoxie chronique.

Sous une exposition prolongée à des niveaux d'oxygène réduits dans les cellules vasculaires pulmonaires, les isoformes HIF activent transcriptionnellement une série de gènes (figures 2 et 3) qui régulent le tonus vasculaire, l'angiogenèse, le métabolisme et la prolifération. De plus, des études récentes ont mis en évidence le rôle potentiel des HIF et des mécanismes moléculaires sous-jacents dans la dérégulation du système immunitaire inné et adaptatif dans l'HTP.

Signalisation HIF dans l'HTP : modulateurs en amont et en aval des cellules musculaires lisses de l'artère pulmonaire. Les voies de signalisation associées à l'HTP telles que l'hypoxie, la vasomodulation, les facteurs de croissance, le stress mécanique et les voies de stress oxydatif régulent la stabilité des isoformes HIF et l'activité transcriptionnelle dans les PASMC. Cela régule les gènes liés à la prolifération cellulaire et aux phénotypes synthétiques, ainsi que les gènes liés aux canaux de modulation/ion Ca2+, au stress oxydatif, à la fragmentation mitochondriale et au système rénine-angiotensine-aldostérone (RAAS). De longues lignes noires avec des flèches indiquent un effet activateur bloqué des lignes rouges, un effet inhibiteur ↑, une activation ou une régulation positive ↓, une inactivation ou une régulation négative. C-III, complexe mitochondrial III SIRT3, Sirtuine 3 TRPC6, récepteur transitoire potentiel de la sous-famille des canaux cationiques C membre 1 ou 6 FGFR, récepteur du facteur de croissance des fibroblastes Ang-I, angiotensine I Ang-II, angiotensine II Ang-(1-7), angiotensine (1-7) Mas, récepteur de l'Ang-(1-7) ATR1/2, récepteur de l'angiotensine de type 1 et 2 ACE, enzyme de conversion de l'angiotensine PIP2, phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate IP3, inositol triphosphate DAG, diacylglycérol O2-, superoxyde anion PKCα, protéine kinase C alpha PAK1, kinase 1 activée par P21 SENP-1, protéase 1 spécifique de la sentrine.

PAEC. Les PAEC présentent différents phénotypes (prolifératifs, migratoires, angiogéniques et/ou transition endothéliale-mésenchymateuse [EndoMT]) au cours de la pathogenèse de l'HTP, et les isoformes HIF jouent un rôle déterminant dans la définition de ces phénotypes. Par exemple, HIF-1 induit un inhibiteur de kinase cycline-dépendante 1B (p27 Kip1 ) régulation à la hausse et régulation à la baisse de la cycline D1, entraînant une diminution de la prolifération et de la migration des PAEC hypoxiques (70). En revanche, l'expression du facteur de transcription de liaison à l'octamère 4 (OCT4) entraîné par HIF-2 via la régulation à la baisse médiée par miR-130/131 de la signalisation PPARγ/apeline entraîne une prolifération accrue des PAEC (71). De plus, HIF-1 et HIF-2 dans les PAEC contribuent à altérer le phénotype métabolique en modulant l'expression d'enzymes mitochondriales distinctes telles que la pyruvate déshydrogénase kinase 1 (PDK1), hexokinase 1,2 (HK1,2), la lactate déshydrogénase A (LDHA), et le transporteur de glucose 1,3 (GLUT1,3) pour réguler la glycolyse anaérobie et l'effet Warburg (glycolyse aérobie). L'influence de HIF-1 sur le métabolisme glycolytique est bien établie (72), l'effet Warburg dans l'IPAH pourrait éventuellement être entraîné par la stabilisation de HIF-1α, indépendamment de l'environnement hypoxique. D'autre part, HIF-2, mais pas HIF-1, en régulant positivement les facteurs de transcription SNAI1, déclenche l'EndoMT, un mécanisme potentiellement impliqué dans le développement de lésions intimales/néo-intimales occlusives et d'un épaississement sévère de la paroi vasculaire pulmonaire dans l'IPAH (28). De plus, EC HIF-2 influence le développement d'une PH hypoxique via un mécanisme dépendant de l'arginase-1. L'axe HIF-2/arginase-1 dérégule l'homéostasie vasculaire du NO (73, 74), entraînant une PH chez les souris exposées à l'hypoxie (73). Par conséquent, la perte d'arginase-1 d'EC atténue le PH chez les souris exposées à l'hypoxie (73), et l'inhibition de l'arginase empêche le PH chez les rats ayant reçu une injection de monocrotaline (injection de MCT) (75). Cependant, l'expression des angiopoïétines-1 et -2 médiées par HIF-2 dans les CE s'avère essentielle au maintien d'une homéostasie vasculaire pulmonaire appropriée (76, 77). Ces données suggèrent que HIF-1 et HIF-2 exercent des rôles pathogènes dans l'HTP en régulant des processus cellulaires distincts dans les PAEC.

PASMC. Dans les PASMC, les isoformes HIF régulent non seulement les gènes liés à la prolifération cellulaire et aux phénotypes synthétiques, mais également les gènes liés à la vasoconstriction (modulation Ca 2+/canaux ioniques), au stress oxydatif, à la fragmentation mitochondriale et au système rénine-angiotensine-aldostérone (Figure 3) . L'augmentation de la prolifération des PASMC et le changement phénotypique prosynthétique observé dans l'hypoxie sont médiés par l'expression HIF-1 de miR-9-1 et miR-9-3, qui régulent négativement la myocardine (MYOCD) expression ( 78 ). La prolifération accrue des PASMC de rat est associée à l'inhibition de la voie BMP en raison du miR-322 induit par HIF-1, mais pas induit par HIF-2, qui provoque une répression post-traductionnelle de Bmpr1a et Smad5 gènes (79). La régulation à la hausse dépendante de HIF-1 de miR-210 provoque une résistance à l'apoptose dans les PASMC en ciblant le facteur de transcription E2F3 (80). En revanche, HIF-2 favorise la migration et la contractilité des PASMC sensibles à l'hypoxie en régulant positivement la thrombospondine-1 (81). Ainsi, de multiples mécanismes contribuent aux phénotypes pro-prolifératifs, promigratoires et de résistance à l'apoptose des PASMC. De plus, la musculisation induite par l'hypoxie des artérioles pulmonaires non muscularisées implique des cellules progénitrices de cellules musculaires lisses (SMC) préexistantes qui subissent une dédifférenciation, une migration vers le vaisseau distal, une prolifération et une redifférenciation (82). Des études élégantes de Sheikh et al. ont démontré que l'activation de ces cellules progénitrices commence par l'expression de PDGF-β médiée par HIF-1α (83), et progresse avec l'expansion de ces SMC dérivées de progéniteurs via le facteur 4 de type Krüppel médié par HIF-1α (KLF4) expression ( 84 ). Ces études démontrent un rôle central de HIF-1 dans l'initiation ainsi que la progression de la musculisation de l'artère pulmonaire dans l'HTP induite par l'hypoxie.

Modifications de la concentration intracellulaire de K + et de Ca 2+ intracellulaire ([Ca 2+ ]je) jouent un rôle central dans la régulation de la contraction, de la migration et de la prolifération des PASMC (2). Notamment, HIF-1 joue un rôle essentiel dans la modulation [Ca 2+ ]je dans les PASMC en régulant l'expression de divers canaux ioniques. HIF-1 favorise la surexpression des membres du canal TRPC (transient receptor potential) TRPC1 et TRPC6 et augmente ensuite [Ca 2+ ]je dans les PASMC hypoxiques (85). De plus, HIF-1 via ET-1 réprime les membres des canaux K + voltage-dépendants qui augmentent ensuite également [Ca 2+ ]je (86). D'autre part, HIF-1 active l'expression de la1 sous-unité (KCNMB1) du canal K + sensible au calcium BKCa, qui empêche une élévation excessive de [Ca 2+ ]je dans les PASMC ( 87 ).

PAAF. Bien que HIF-1α et HIF-2α soient activés dans les PAAF en réponse à l'hypoxie, l'induction de HIF-2α semble jouer le rôle dominant dans la réponse de prolifération, alors que HIF-1 et HIF-2 augmentent la migration de PAAF dans une mesure similaire ( 88). De plus, des études suggèrent que HIF-1 via la régulation de AS et ACE2 (un homologue de l'ECA qui contrebalance la fonction de l'ECA) participe directement à la régulation du système rénine-angiotensine-aldostérone et par conséquent à la prolifération du PAAF (89 – 91).

Cellules inflammatoires. Les cellules immunitaires jouent un rôle essentiel dans le remodelage vasculaire pulmonaire en régulant les fonctions des cellules vasculaires pulmonaires (92). Par exemple, les PAAF hypoxiques entraînent des phénotypes de macrophages profibrotiques sous le contrôle de HIF-1, entraînant la libération de divers facteurs paracrines. Il est important de noter que le VEGF et l'IL-6 produits par les macrophages favorisent le remodelage vasculaire pulmonaire (12).

Compte tenu de la multitude de rôles cellulaires et mécanistiques de la voie HIF, il n'est pas surprenant que les modèles murins knock-out de la voie HIF (Hif1/2α, VHL, et Doctorat2) ont fourni des informations précieuses sur la voie HIF dans l'adaptation hypoxique du système vasculaire pulmonaire et le développement de l'HTP (tableau 2). Des études antérieures ont révélé que les gènes de la voie HIF sont cruciaux pour le développement embryonnaire et que la suppression biallélique de la majorité de ces gènes est mortelle. Par exemple, la délétion homozygote de Doctorat2 chez la souris conduit à une létalité embryonnaire, bien que Doctorat1/3 le double knock-out conduit à des souris viables et fertiles (93). Suppression complète de Hif1a ( 94 ), Hif2a ( 95 ), ou Hif1b (96) chez la souris entraîne une létalité embryonnaire due à divers défauts de développement. En revanche, les souris présentant une délétion hétérozygote globale de l'une ou l'autre Hif1a ou Hif2a atteignent l'âge adulte et ne présentent pas de phénotypes dans des conditions homéostatiques, ce qui les rend utiles pour étudier le rôle des HIF dans la maladie. Par exemple, les souris présentant une délétion hétérozygote de Hif1a présentent une hypertrophie PH et RV atténuée lors d'une exposition à l'hypoxie (97). En revanche, les souris présentant une délétion hétérozygote de Hif2a sont complètement protégés du PH induit par l'hypoxie (98). En outre, pour évaluer comment la suppression globale des isoformes HIF au cours de la vie adulte affecte l'HTP induite par l'hypoxie, Hu et al. a montré que le monde Hif1a la délétion chez la souris n'a pas empêché le PH induit par l'hypoxie, alors que les souris avec Hif2a la délétion n'a pas survécu à l'hypoxie à long terme (99). A l'inverse, le partiel global Hif2a la suppression diminue le développement du PH induit par l'hypoxie à 5 semaines chez les souris adultes (99).

Résumé des études évaluant les phénotypes de manipulation génétique de HIF et de régulateurs HIF dans des modèles animaux de PH

De plus, pour déterminer le rôle spécifique aux cellules et postnatales des composants de la voie HIF dans la pathogenèse de l'HTP, diverses études ont utilisé des modèles de souris knock-out spécifiques aux cellules constitutives ou inductibles. Par exemple, Ball et al. ont rapporté que la délétion postnatale (inductible) spécifique aux SMC Hif1a atténué le pH mais n'a pas affecté l'hypertrophie du VD (100). Pendant ce temps, dans une autre étude, des souris avec des SMC spécifiques constitutifs Hif1a la délétion a montré une PH exacerbée induite par l'hypoxie (101). Des études plus récentes ont démontré que les souris avec des CE constitutives spécifiques Hif1a la délétion n'est pas protégée de l'hypertrophie PH et RV induite par l'hypoxie (28, 73). Cependant, dans une autre étude, des souris avec une CE inductible Hif1a suppression étaient protégés de l'hypertrophie PH et RV sous hypoxie (84). Fait intéressant, inductible Hif1a la suppression dans les CE et les SMC n'a pas empêché l'hypertrophie du PH et du RV induite par l'hypoxie (102). En revanche, la suppression postnatale de (PDGFR-β + )/marqueur SMC + progéniteurs empêche complètement l'hypertrophie PH et RV chez les souris exposées à l'hypoxie (84). En ce qui concerne HIF-2α, Skuli et al. ont rapporté que les souris avec des CE spécifiques Hif2a la délétion développe une dilatation du PH et du VD (mais pas une hypertrophie du VD) en raison d'une fuite vasculaire dans le parenchyme pulmonaire (103). De même, Tang et al. a démontré que la suppression spécifique à la CE de Hif2a, mais non Hif1a, empêche les souris de développer un pH dans des conditions hypoxiques (28). Fait intéressant, la suppression simultanée de Hif1a et Hif2a dans les CE offre également une protection contre l'hypertrophie PH et RV induite par la bléomycine malgré le développement de la fibrose pulmonaire (16). Ces données suggèrent que le rôle prépondérant de Hif2a dans les CE est critique dans l'initiation et la progression de l'HTP. Cependant, les résultats des modèles murins de délétion de gènes spécifiques à la CE doivent être interprétés avec prudence, car, selon qu'un système Cre/ERT2 ou Cre23 a été utilisé, la suppression de gène peut être exclusivement spécifique à la CE ou cibler d'autres types de cellules, respectivement (104) .

Notamment, plusieurs groupes ont montré que les souris avec Doctorat2 la délétion dans les CE développe spontanément une PH sévère associée à des lésions vasculaires pulmonaires massives et à un remodelage défavorable du VD qui est évident à partir de l'âge de 1,5 mois (10, 105, 106). Suppression concomitante des deux Doctorat2 et Hif1a ou Doctorat2 et Hif2a dans les CE ont identifié l'activation de HIF-2α comme un modulateur en aval critique du déficit en PHD2 dans le développement du PH (10, 105). Fait intéressant, ces souris présentent une mortalité accrue entre 6 et 9 mois, probablement en raison d'une défaillance progressive du RV (10, 105). Soutenant ce rôle de l'activité HIF-2α dans l'effet du déficit en PHD2, des souris à la fois hétérozygotes et homozygotes Hif2a Les mutations de gain de fonction G536W développent une hypertrophie spontanée du PH et du VD sans dilatation du VD (107). De plus, des souris porteuses de la knockin homozygote d'une mutation humaine VHL R200W (telle que trouvée chez les patients atteints de polyglobulie de Chuvash) développent une PH (108). Notamment, le développement de PH dans ce modèle est atténué dans le cadre de la délétion hétérozygote de Hif2a, mais pas de Hif1a (108), suggérant un rôle important de HIF-2α dans l'HTP induite par la perte de fonction du VHL.

De plus, dans une étude explorant les rôles inflammatoires et immunitaires spécifiques des isoformes HIF dans la pathogenèse de l'HTP, des souris présentant une délétion spécifique à la CE de Doctorat2 développé une PH spontanée en raison de Hif2a stabilisation, qui a été partiellement atténuée par la transplantation avec des cellules dérivées de la moelle osseuse WT, suggérant que l'activation de HIF-2 dans les cellules dérivées de la moelle osseuse contribue au remodelage vasculaire pulmonaire (10). De plus, les souris avec Hif1a la délétion dans les cellules myéloïdes est partiellement protégée de l'hypertrophie PH et RV induite par l'hypoxie, principalement en raison de l'activité atténuée des macrophages (109). De même, les souris avec des monocytes spécifiques Hif1a affichage de suppression PH atténué, remodelage PA et hypertrophie RV en réponse à l'hypoxie ou à l'hypoxie plus l'exposition au Sugen 5416 (SuHx) (110). En plus des cellules myéloïdes, la voie HIF est également impliquée dans la régulation des cellules lymphoïdes. Par exemple, Hif2a activation induite par Doctorat2 la délétion provoque un dysfonctionnement immunorégulateur (111), ce qui peut expliquer en partie le développement de PH associé à une fonction réduite des lymphocytes T régulateurs (112). Collectivement, ces études suggèrent que les macrophages dérivés de la moelle osseuse et les cellules T dérivées du thymus sont impliqués dans le remodelage vasculaire pulmonaire au moins en partie à cause de l'activation de la voie HIF.

Dans l'ensemble, la suppression globale, inductible et spécifique à la cellule des isoformes HIF et des molécules de la voie HIF a établi les rôles spécifiques au type cellulaire et au contexte des isoformes HIF aux stades précoces et tardifs du développement de l'HTP chez la souris adulte.

L'insuffisance du VD est l'une des causes les plus courantes de morbidité et de mortalité dans l'HTAP (113). Lors de l'apparition de la PH, le VD subit un remodelage pour maintenir sa contractilité, caractérisé par une augmentation de l'épaisseur et de la masse de la paroi du VD et une dilatation modérée, médiée par une hypertrophie des cardiomyocytes et un dépôt de matrice extracellulaire. Cependant, à un moment donné au cours d'une surcharge de pression persistante, les mécanismes compensatoires du RV expirent et le RV tombe en panne (113).

Dans des conditions physiologiques, l'expression de HIF-1α est significativement plus élevée dans le ventricule droit que dans le ventricule gauche (114). L'expression du RV HIF-1α est augmentée dans un certain nombre de modèles animaux de PH, y compris les rats MCT (115), les rats exposés à l'hypoxie (HOX) (116), les rats à bandes artérielles pulmonaires (PAB) (117), les rats SuHx (117 ), et des rats d'embolie pulmonaire (EP) (118). Les rats atteints d'EP présentent une expression accrue de RV HIF-1α et son niveau est positivement corrélé avec l'hypertrophie RV et la PAP (118). Fait intéressant, les souris avec Hif2a les mutations de gain de fonction développent une hypertrophie du RV mais ne montrent pas de signes de dilatation du RV malgré une augmentation substantielle de la PAP, suggérant une fonction RV préservée (107). Chez les patients avec une tétralogie de Fallot réparée, la présence de mutations de gain de fonction dans HIF-1α est associée à une fonction RV préservée et à de meilleurs résultats en raison d'une augmentation du TGF-β1 (TGFB1) expression et fibrose myocardique ( 119 ). Collectivement, ces rapports suggèrent que l'activation vraisemblablement légère à modérée des deux HIF est associée à la fonction préservée du VD. En revanche, une forte activation des HIF affecte négativement la fonction du VD. Par exemple, les souris avec une délétion inductible globale de Doctorat2 présentent une mortalité accrue due à une polyglobulie sévère et à une cardiomyopathie dilatée (120). De même, l'activation de HIF-2 chez les souris avec EC-spécifique Doctorat2 la suppression conduit à une PH spontanée avec une mortalité élevée due à une insuffisance grave du VD (10). Cependant, les rôles des HIF et des PHD n'ont pas été étudiés dans des modèles à postcharge fixe d'hypertrophie et d'échec du RV utilisant le knock-out ou la surexpression de gènes spécifiques à la cellule.

Comme nous l'avons discuté ci-dessus, des expériences sur des modèles de rongeurs ont révélé que HIF-1/2α exerce un impact profond sur le remodelage vasculaire pulmonaire. De plus, les oligonucléotides antisens Hif2 (mais pas pour Hif1) réduction de la musculature des vaisseaux, augmentation des PAP et hypertrophie du RV chez les souris exposées à l'hypoxie, suggérant que l'inhibition de HIF-2α peut fournir une approche thérapeutique pour prévenir ou inverser le développement de l'HTP (99). Ainsi, un grand intérêt s'est manifesté pour le développement de thérapies ciblant cette voie. Des études ont spécifiquement ciblé des composants de la voie HIF tels que PHD2, HIF-1α ou HIF-2α avec des agents pharmacologiques dans divers modèles de PH de rongeurs. La plupart des agents testés qui inhibent directement ou indirectement les HIF ont été capables de prévenir ou d'inverser le pH expérimental (tableau 3).Agents/composés qui inhibent HIF-1α au niveau de l'ARNm (topotécan et camptothécine), de la synthèse des protéines (2-méthoxyestradiol, digoxine, célastramycine, ester phénéthylique de l'acide caféique), de l'accumulation de protéines et de l'activité transcriptionnelle (YC-1), et du ciblage de les molécules régulant l'axe HIF (anti-CD146, mAb AA98, apigénine), ou qui inhibent HIF-2α au niveau de l'ARNm (C76) ou au niveau de l'hétérodimérisation et de la liaison à l'ADN (PT2567), ont été évaluées. Ces inhibiteurs, administrés par différentes voies (intrapéritonéale, intraveineuse, sous-cutanée, orale), se sont avérés prévenir et inverser l'HTP dans divers modèles animaux d'HTP (hypoxie, MCT et SuHx). Notamment, l'inhibiteur de HIF-2α C76 a montré de forts effets anti-remodelage dans trois modèles expérimentaux de PH (27), indiquant que l'inhibition de HIF-2 peut être une approche thérapeutique prometteuse pour la PH.

Résumé des études évaluant les effets d'agents pharmacologiques ciblant la signalisation HIF dans des modèles animaux d'HTP

Les données obtenues à partir de systèmes cellulaires, de modèles animaux et de matériaux dérivés de patients ont constamment confirmé que les isoformes HIF sont des composants importants de la pathogenèse de l'HTP. Les états hypoxiques et pseudohypoxiques qui surviennent dans différents groupes d'HTP peuvent varier en intensité et en durée, permettant ainsi une interaction complexe entre HIF-1 et HIF-2 dans la conduite des processus pathologiques qui sous-tendent le remodelage vasculaire pulmonaire et RV. Les modèles animaux ont aidé à élucider les rôles non redondants et complémentaires de HIF-1 et HIF-2. Par exemple, HIF-1 joue un rôle majeur dans la vasoconstriction, la prolifération des PASMC, l'angiogenèse et la contractilité du VD, tandis que HIF-2 joue un rôle majeur dans le recrutement des cellules inflammatoires et dans le passage phénotypique de la CE à un état pro-inflammatoire et à EndoMT. Ces données suggèrent une régulation dynamique des isoformes de HIF ainsi que des rôles spécifiques aux cellules et au contexte de HIF-1 et HIF-2 dans les phases d'initiation, de progression et d'établissement du remodelage vasculaire pulmonaire et du VD. Bien que des comparaisons directes de souris avec des délétions cellulaires spécifiques de HIF-1α et HIF-2α à différents moments d'exposition hypoxique soient encore nécessaires pour déterminer leur influence sur la vascularisation pulmonaire et le RV, il est concevable que HIF-2α puisse jouer un rôle majeur dans l'initiation de la maladie, alors que HIF-1α peut jouer un rôle majeur dans la progression et la perpétuation de la maladie. Cependant, dans les cancers, HIF-1α joue le rôle dominant dans la réponse à l'hypoxie aiguë, tandis que HIF-2α entraîne la réponse à l'hypoxie chronique, bien que les deux soient impliqués dans la progression du cancer (121). Curieusement, ce commutateur HIF est également observé dans les cellules endothéliales vasculaires pulmonaires et musculaires lisses lors de l'exposition à l'hypoxie (122), ce qui peut permettre à HIF-1 et HIF-2 de jouer des rôles divergents et complémentaires pendant les réponses hypoxiques et pseudohypoxiques des troubles vasculaires et cardiaques pulmonaires. cellules en PH.

Ces données contradictoires dans les modèles murins knock-out par rapport aux modèles cellulaires in vitro peuvent s'expliquer par l'utilisation d'une exposition aiguë à l'hypoxie (exposition maximale de 1 à 4 jours) dans les expériences in vitro par rapport à l'utilisation de modèles de petits animaux (souris) pour l'HTP. dans les études à élimination directe. Ainsi, d'autres études avec délétion inductible des isoformes HIF dans des modèles animaux sévères d'HTP (MCT, SuHx chez la souris et le rat) et dans des cellules vasculaires isolées de patients atteints d'HTP et de grands animaux (vaches), qui présentent et maintiennent leurs phénotypes uniques in vitro ( 44), sont nécessaires pour fournir des informations plus approfondies sur les rôles spécifiques au type de cellule et au contexte des isoformes HIF dans l'HTP. De plus, la compréhension des mécanismes moléculaires qui déterminent les commutateurs HIF-1/2 ou l'activation des isoformes HIF spécifiques au type cellulaire et au contexte dans l'HTP facilitera une meilleure compréhension des rôles physiopathologiques exercés par les isoformes HIF et les implications cliniques potentielles de leur ciblage. Par exemple, PHD2 a relativement plus d'influence sur HIF-1α, tandis que PHD3 a relativement plus d'influence sur HIF-2α (123). De plus, des molécules comme la sirtuine 1, le facteur associé à l'hypoxie (HAF) et les protéines de choc thermique (HSP70, HSP90) régulent différemment la dégradation et les activités de différentes isoformes HIF dans divers types cellulaires (121, 124). De plus, la traduction de HIF-2α (mais pas de HIF-1α) est liée au métabolisme du fer en raison d'un élément sensible au fer dans la région 5′-non traduite de HIF-2α (125, 126). Cependant, aucune étude à ce jour n'a exploré les mécanismes régulant le commutateur HIF-1/2 dans les cellules vasculaires pulmonaires et cardiaques lors de l'exposition à l'hypoxie et à d'autres stimuli de PH non hypoxiques. Compte tenu des rôles physiopathologiques du métabolisme du fer, des sirtuines et des protéines de choc thermique dans l'HTP (68, 126 – 128), la possibilité que ces mécanismes soient actifs dans le commutateur HIF-1/2 putatif associé à l'HTP justifie une enquête plus approfondie.

Malgré une similitude frappante dans la séquence protéique, les partenaires de dimérisation et les sites de liaison entre les protéines HIF-1α et HIF-2α, il est bien documenté que HIF-1 et HIF-2 activent différents sous-ensembles de gènes inductibles par l'hypoxie dans diverses conditions pathologiques, y compris l'HTP. . Des études récentes suggèrent que malgré le partage d'une séquence de reconnaissance consensus identique, chaque isoforme HIF a une propriété inhérente qui détermine sa distribution de liaison à travers le génome. Par exemple, HIF-1 se lie plus près des promoteurs, tandis que HIF-2 se lie aux amplificateurs distaux, et leurs distributions inhérentes ne sont pas affectées par le degré ou la durée de l'hypoxie ou le type cellulaire (129). De plus, le recrutement différentiel d'autres facteurs de transcription sous-tend les réponses d'hypoxie cellulaire spécifiques à médiation par HIF. En effet, l'accumulation de preuves suggère que HIF-1α et HIF-2α forment des complexes multifactoriels séparés avec d'autres facteurs de transcription, cofacteurs et ARN polymérase II pour médier les fonctions distinctes de HIF-1 ou HIF-2 (130). Par conséquent, il est important d'identifier ces complexes et leurs gènes cibles communs et uniques, non seulement pour comprendre les processus pathologiques distincts médiés par les isoformes HIF, mais aussi pour inhiber sélectivement les fonctions des isoformes HIF en tant qu'approche thérapeutique.

En résumé, les progrès rapides de la recherche ont mis en lumière les rôles spécifiques à l'isoforme, au contexte et à la cellule de la voie HIF dans la régulation du remodelage vasculaire pulmonaire. Cela a introduit une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l'HTP. Les inhibiteurs sélectifs de HIF-2 en ligne ont inversé la PH dans divers modèles animaux de PH sans aucun effet secondaire significatif. Notamment, un inhibiteur à petite molécule spécifique de HIF-2 développé pour traiter le cancer du rein a démontré un profil d'innocuité favorable dans un récent essai de phase I (131), est entré dans des essais cliniques de phase II et sera envisagé pour des essais cliniques chez des patients atteints d'HTP. à l'avenir. Des comparaisons directes et des études précliniques multicentriques sur les inhibiteurs pan-HIF et les inhibiteurs sélectifs HIF-1 et HIF-2 dans divers modèles animaux de dysfonctionnement de l'HTP et du VD sont justifiées avant de passer au développement clinique (132). Notamment, d'autres études sont nécessaires pour développer des thérapies personnalisées, c'est-à-dire pour déterminer dans quelles conditions et dans quels patients atteints d'HTP l'inhibition du HIF peut fournir une stratégie thérapeutique optimale. De plus, étant donné la myriade de rôles des HIF et leur influence possible sur les manifestations extrapulmonaires chez les patients atteints d'HTP (15, 133), il sera important d'évaluer soigneusement le rapport risque/bénéfice des inhibiteurs sélectifs des HIF systémiques par rapport aux inhibiteurs pulmonaires. Ainsi, davantage de travail doit être fait pour identifier de nouveaux inhibiteurs puissants et plus spécifiques ciblant des points clairement définis dans la voie HIF, suivis d'une administration sélective des poumons de ces inhibiteurs, qui sera la clé du développement de stratégies thérapeutiques potentielles pour l'HTP.

Ce travail a été financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondation allemande pour la recherche), Projektnummer 268555672, SFB 1213, les subventions des projets A01, A05, A06 et A10* et une subvention de consolidation du Conseil européen de la recherche (ERC) (866051 à SSP).

Conflit d'intérêt: Les auteurs ont déclaré qu'il n'existe aucun conflit d'intérêts.


RBR E3 ubiquitine ligases dans la tumorigenèse

Les ligases E3 RING-in-between-RING (RBR) sont une classe de ligases E3 caractérisée par le mécanisme hybride unique RING-HECT qui fonctionne avec les E2 pour transférer l'ubiquitine aux protéines cibles pour la dégradation. De nouvelles preuves ont démontré que les ligases RBR E3 jouent un rôle essentiel dans les maladies neurodégénératives, les infections, l'inflammation et le cancer. Les preuves accumulées ont révélé que les ligases RBR E3 exercent leurs fonctions biologiques dans divers types de cancers en modulant la dégradation des promoteurs ou suppresseurs de tumeurs. Par conséquent, nous résumons les fonctions différentielles des ligases RBR E3 dans une variété de cancers humains. En général, ARIH1, RNF14, RNF31, RNF144B, RNF216 et RBCK1 présentent principalement des rôles oncogènes, tandis que ARIH2, PARC et PARK2 ont principalement des fonctions suppressives de tumeur. De plus, les mécanismes sous-jacents par lesquels différentes ligases RBR E3 sont impliquées dans la tumorigenèse et la progression sont également décrits. Nous discutons de l'enquête plus approfondie est nécessaire pour bien comprendre le rôle critique des ligases RBR E3 dans la cancérogenèse. Nous espérons que notre revue pourra inciter les chercheurs à explorer plus en profondeur le mécanisme de la carcinogenèse médiée par les ligases RBR E3 et à développer des inhibiteurs utiles de ces ligases E3 oncogènes pour le traitement du cancer.


Voir la vidéo: The Real Reason Why You Cant Kill the A-10 Warthog (Septembre 2022).


Commentaires:

  1. Kinos

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  2. Fitz Patrick

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  3. Bodil

    Il n'est pas nécessaire de tout essayer

  4. Varik

    La réponse très rapide :)

  5. Virn

    Remarquable, cette opinion très précieuse



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