Rôle du microenvironnement apoptotique tissulaire et du MFG-E8 dans la modulation de la réponse inflammatoire

Abstract

L’inflammation fait partie des processus réactionnels de défense dont dispose l’organisme en réponse aux agressions, assurant l’intégrité de l’hôte. En réponse au dommage tissulaire, plusieurs médiateurs inflammatoires interviennent dans le processus de l’inflammation. Lors de ces dommages, des signaux de dangers provenant de cellules endommagées sont relâchés dans l’environnement tissulaire, pouvant causer des dommages cellulaires et tissulaires. Les macrophages, tout comme d’autres cellules, peuvent être activés par ces signaux de danger, menant à la sécrétion de molécules telles que des cytokines et des chimiokines pouvant modifier le microenvironnement tissulaire. Les insultes au tissu sain peuvent entrainer la mort cellulaire telle que l’apoptose. Les molécules pouvant être relâchées lors de celle-ci contribuent au microenvironnement, notamment de par l’influence de celles-ci sur le macrophage. Parmi ces médiateurs, nous avons identifié le Milk Fat Globule-Epidermal growth factor 8 (MFG-E8), un acteur important dans la résolution de l’inflammation, comme étant relâché spécifiquement par les cellules apoptotiques. Nous avons émis l’hypothèse que le microenvironnement apoptotique tissulaire, via la relâche de MFG-E8, module le phénotype du macrophage, modifiant le microenvironnement, la réponse inflammatoire ainsi que le devenir de l’insulte tissulaire. Nos objectifs sont 1) de caractériser ce microenvironnement apoptotique tissulaire et la cinétique de relâche du MFG-E8 par les cellules apoptotiques, 2) d’en évaluer son rôle dans la modulation du phénotype du macrophage ainsi que 3) d’en étudier, in vivo, son influence sur l’environnement inflammatoire et le devenir tissulaire.

Dans le premier article présenté, nous avons démontré que les cellules endothéliales apoptotiques relâchent le MFG-E8 de façon Caspase-3 dépendante. La stimulation des macrophages par l’environnement conditionné par les cellules endothéliales apoptotiques mène à l’adoption d’un profil macrophagien davantage anti-inflammatoire et moindrement pro-inflammatoire. Ce phénotype est réduit par l’inhibition de la Caspase-3 et il dépend de la présence de MFG-E8. De plus, le potentiel du MFG-E8 à la reprogrammation du macrophage pro-inflammatoire a été démontré via un modèle expérimental de péritonite. Ce changement phénotypique médié par MFG-E8 implique une signalisation STAT3. Ayant démontré que les cellules épithéliales apoptotiques, à l’instar des cellules endothéliales apoptotiques, relâchent elles aussi de façon apoptose-dépendante le MFG-E8, nous avons étudié plus exhaustivement un modèle in vivo riche en apoptose épithéliale, l’obstruction urétérale unilatérale. Dans ce deuxième article présenté, nous rapportons l’implication bénéfique de MFG-E8 dans ce modèle de pathologie rénale obstructive. Nous avons constaté que la présence ou l’administration de MFG-E8 réduit le dommage tissulaire et la fibrose. La protection conférée par MFG-E8 est médiée via la modulation de l’activation de l’inflammasome. De plus, nos résultats illustrent l’importance du phénotype anti-inflammatoire du macrophage médié par le MFG-E8 dans la régulation négative de l’activation de l’inflammasome rénal et du dommage tissulaire.

Cette thèse présente la première description de la relâche Caspase-3-dépendante de MFG-E8 par les cellules apoptotiques. Elle démontre également l’importance du MFG-E8 dans le microenvironnement apoptotique inflammatoire dans l’atténuation du phénotype pro-inflammatoire du macrophage. De plus, nous avons démontré son rôle protecteur dans des modèles in vivo de transplantation aortique et de réparation tissulaire, de même que dans un modèle de maladie rénale chronique où nous avons montré que cette protection conférée par MFG-E8 est médiée par la régulation négative de l’inflammasome tissulaire. Nos résultats suggèrent ainsi que le MFG-E8 pourrait être considéré comme un interrupteur inflammatoire et ainsi comme une cible potentielle dans la modulation de maladies inflammatoires.

Inflammation is an important component of the « response to injury » process, allowing host integrity. In response to injury, released inflammatory mediators from damaged cells play a crucial role in the modification of the inflammatory microenvironment, which can lead to more cellular and tissue damages. Macrophages can be activated by those danger signals, leading to a spectrum of cytokines and chemokines secretion and modulating the tissular microenvironment. Tissue injuries can lead to cell death such as apoptosis. Mediators released during apoptosis contribute to the nature of the microenvironment, by their influence on macrophage amongst others. We have identified that Milk Fat Globule-Epidermal growth factor 8 (MFG-E8), an important actor in inflammation resolution, is specifically released by apoptotic cells. We hypothesized that tissular apoptotic microenvironment, through MFG-E8 release, modulates macrophage phenotype, resulting in the modification of microenvironment, inflammatory response and tissu injury outcome. Thus, our objectives were to 1) characterize this tissular apoptotic microenvironment by studying MFG-E8 release kinetic by apoptotic cells, to 2) evaluate its role in macrophage phenotype modulation and to 3) study, in vivo, its influence on inflammatory environment and tissu damage outcome.

In the first study, we demonstrated that MFG-E8 is released by apoptotic endothelial cells in a caspase-3-dependent manner. When macrophages were exposed to conditioned media from apoptotic endothelial cells, they adopt a high anti-inflammatory, low pro-inflammatory cytokine/chemokine secreting phenotype that is lost if apoptosis is inhibited or if MFG-E8 is absent from the media. Furthermore, MFG-E8 potential to anti-inflammatory macrophage reprogramming has been demonstrated in the experimental peritonitis model. This MFG-E8-mediated reprogramming of macrophages occurs through increased phosphorylation of STAT-3. As apoptotic endothelial cells, apoptotic epithelial cells also release MFG-E8 in an apoptotic-dependent manner. Thus, we investiguated more exhaustively an in vivo epithelial apoptosis rich model, the unilateral ureteral obstruction. In this second study, we report the positive impact of MFG-E8 in this renal obstructive model. MFG-E8 administration reduced kidney damage and fibrosis compared to the control, whereas its absence in MFG-E8 KO mice was associated with more severe disease. Moreover, we demonstrated that the protective role of MFG-E8 is mediated through inflammasome activation modulation in the kidney. Furthermore, our results showed the importance of the anti-inflammatory macrophage phenotype that results in decreased inflammasome activation, preventing severe tissue damage.

This thesis presents the first description of apoptosis-dependent release of MFG-E8 by apoptotic cells. It also demonstrate the importance of MFG-E8 in inflammatory apoptotic microenvironment, leading to pro-inflammatory macrophage phenotype attenuation. Moreover, we demonstrated MFG-E8 protective role in an aortic transplantation and a tissue repair models, as well as in a chronic kidney disease model where we showed that this MFG-E8 confered protection is mediated by negative regulation of tissular inflammasome activation. These data provide valuable insight for identifying MFG-E8 as a novel target in the modulation of inflammatory diseases and could be considerate as an inflammatory switch.