Implication des cellules Nestin+ dans le remodelage vasculaire en conditions pathologiques

Abstract

La protéine de filament intermédiaire Nestin, marqueur de cellules souches neurales, est exprimée dans les cellules vasculaires. Il a été démontré que les cellules de la crosse aortique dérivent de la crête neurale pendant le développement. Des cellules endothéliales exprimant Nestin sont retrouvées dans les capillaires durant l’embryogénèse ainsi que durant la vascularisation de tumeurs cancéreuses. Cette protéine est impliquée dans les mécanismes de prolifération cellulaire. Récemment des cellules Nestin+ ont été identifiées au niveau des cellules du muscle lisse de l’aorte. La régulation de Nestin dans ces cellules, pendant le développement et en conditions pathologiques, est inconnue. Cette thèse porte sur l’analyse de la protéine Nestin dans le remodelage vasculaire en situation diabétique et d’hypertension au niveau des artères carotide et aortique. Nos travaux examinent l’hypothèse que l’expression vasculaire de Nestine joue un rôle dans l’homéostasie durant le vieillissement physiologique et participe au remodelage suite à des stimuli pathologiques. La protéine Nestin est fortement exprimée dans les aortes de rats néonataux et cette expression diminue rapidement avec le développement. Au niveau de l’aorte l’expression de la protéine Nestin est retrouvée dans une sous-population de cellules du muscle lisse et au niveau des cellules endothéliales. L’expression de la protéine Nestin est corrélée avec sa proximité au cœur, une plus grande expression est observée dans l’arche aortique et une faible expression est détectée dans la partie thoracique. Nous avons déterminé qu’en présence de diabète de type I, il y a une perte de l’expression de la protéine Nestin dans la média de l’aorte et de la carotide. Cette perte d’expression représente un évènement précoce dans la pathologie diabétique et précède la dysfonction endothéliale. La diminution de l’expression de la protéine Nestin est également concomitante avec la perte de la capacité proliférative des cellules du muscle lisse. Dans les rats souffrant de diabète de type 1, une réduction significative de la densité des cellules du muscle lisse exprimant la protéine phosphorylée phosphohistone 3, une protéine impliquée dans un cycle cellulaire actif, est observée. De plus, cette réduction est corrélée avec la perte de l’expression de la protéine Nestin. Nous avons également démontré in vitro qu’un traitement hyperglycémique réduit l’expression de Nestin ainsi que la prolifération des cellules du muscle lisse. Enfin, l’utilisation d’un shARN dirigé contre Nestin nous a permis de déterminer l’implication de cette protéine dans la prolifération des cellules du muscle lisse en condition basale caractérisée par la diminution de l’incorporation de [3H] thymidine. Dans le modèle d’hypertension induite par une constriction aortique abdominale surrénale, l’augmentation de la pression sanguine est associée avec l’augmentation de l’expression de la protéine Nestin dans l’artère carotidienne. Une corrélation positive a été observée entre l’expression de la protéine Nestin dans la carotide et la pression artérielle moyenne à laquelle la paroi de la carotide est soumise. De plus, les facteurs de croissance impliqués dans le remodelage vasculaire secondaire à l’hypertension augmentent l’expression de Nestin dans les cellules du muscle lisse isolées des carotides. Puis, la réduction de l’expression de la protéine Nestin via un shARN atténue l’incorporation de [3H] thymidine, associée à la prolifération cellulaire, stimulée par ces facteurs de croissance alors que l’incorporation de [3H] leucine, associée à la synthèse protéique, demeure inchangée. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression de la protéine Nestin, secondaire à l’hypertension, pourrait représenter une réponse adaptative où il y a une augmentation de la croissance des cellules du muscle lisse afin de permettre à la paroi vasculaire de s’ajuster à l’augmentation de la pression sanguine.

The intermediate filament protein Nestin, previously identified as a neural stem cell marker, is expressed in vascular cells. It has been shown that aortic cells expressing Nestin originate from the neural crest. Endothelial Nestin+ cells are found in capillaries during embryogenesis and in during tumour vascularization. Nestin expression is a characteristic feature of the proliferative endothelium. However, Nestin+ expression was also detected in smooth muscle cells in the vascular wall of the rat aorta. The regulation of Nestin expression in physiological development and pathological situations remain unknown. The focus of the following studies consists of analyzing Nestin expression in the carotid and aorta during vascular remodeling secondary to type I diabetes or hypertension. The present study tested the hypothesis that Nestin expression plays a role in vascular homeostasis during the physiological postnatal development and in vascular pathologies. Nestin protein levels were strongly expressed in the neonatal rat aorta and its expression was reduced with physiological development. Nestin expression was found in endothelial cells and in a subpopulation of vascular smooth muscle cells. Nestin protein expression in vascular smooth muscle cells in the aorta correlated with the proximity of the vessel to the heart, with levels of expression greater in the aortic arch versus the thoracic region. We have determined that the intermediate filament protein was downregulated in an experimental model of type I diabetes. This loss of Nestin expression was an early event in diabetic pathology preceding endothelial dysfunction. The decreased expression of Nestin was associated with the reduced entry of vascular smooth muscle cells into the cell cycle. The density of vascular smooth muscle cells expressing phosphorylated phosphohistone 3 in type I diabetic rats was significantly decreased and correlated with the loss of Nestin expression. In vitro experiments recapitulated the in vivo findings as the exposure of VSMCs to hyperglycaemia reduced Nestin expression and concomitantly inhibited VSMCs proliferation. The proliferative role of Nestin was confirmed as shRNA-mediated depletion of the intermediate filament protein decreased basal proliferation of vascular smooth muscle cells, as reflected by a reduced uptake of [3H] thymidine. In a rat model of pressure-overload, the accompanying hypertensive response was associated with the increased Nestin expression in the carotid artery. A positive correlation was observed between Nestin expression in the carotid artery and mean arterial pressure. Furthermore, peptide growth factors implicated in vascular remodelling secondary to hypertension increased Nestin expression in vascular smooth muscle cells. Lastly, the depletion of Nestin expression via a shRNA attenuated peptide growth factor stimulated the uptake of [3H] thymidine, associated with cell proliferation,.whereas the uptake of [3H] leucine, associated with the protein synthesis was unaffected. These data suggest that Nestin upregulation in the vasculature secondary to hypertension may represent an adaptive response to promote vascular smooth muscle cell growth to accommodate the increase in blood pressure.