Contexte académique

La formation et le maintien des réseaux vasculaires sont des processus clés dans le développement embryonnaire et la régénération tissulaire, impliquant la régulation de diverses forces biophysiques. Les cellules endothéliales (Endothelial Cells, ECs) jouent un rôle central dans l’angiogenèse et la vasculogenèse, et la contractilité du cytosquelette (actomyosin contractility) est particulièrement importante dans ces processus. Cependant, les mécanismes d’organisation et de régulation du cytosquelette dans différents compartiments cellulaires, en particulier lors de la formation des réseaux vasculaires, restent mal compris.

Les malformations caverneuses cérébrales (Cerebral Cavernous Malformations, CCMs) sont des anomalies vasculaires courantes, généralement causées par des mutations des gènes KRIT1, CCM2 et PDCD10. Ces mutations entraînent un amincissement des parois vasculaires, une dilatation des vaisseaux, et peuvent provoquer des maux de tête, des crises d’épilepsie et des accidents vasculaires cérébraux. Bien que les mécanismes pathologiques des CCMs aient été partiellement étudiés, leurs mécanismes moléculaires précis, en particulier dans les interactions intercellulaires endothéliales et la formation de la lumière vasculaire, restent flous.

Cette étude utilise le poisson zèbre (zebrafish) comme modèle pour explorer le rôle des gènes CCMs HEG1 et KRIT1 dans l’angiogenèse, en particulier leurs mécanismes dans la régulation des interactions intercellulaires endothéliales et la formation de la lumière vasculaire. En combinant l’imagerie en temps réel, l’analyse génétique et les outils optogénétiques, la recherche révèle le rôle clé de HEG1 et KRIT1 dans le maintien des interfaces intercellulaires endothéliales et la formation continue de la lumière vasculaire.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Jianmin Yin, Ludovico Maggi, Cora Wiesner, Markus Affolter et Heinz-Georg Belting, tous issus du Département de biologie cellulaire de l’Université de Bâle (University of Basel), en Suisse. L’article a été publié en ligne le 9 septembre 2024 dans la revue Angiogenesis, avec le DOI 10.1007/s10456-024-09945-5.

Processus et résultats de la recherche

Processus de recherche

1. Modèle de poisson zèbre et construction de mutants génétiques
   L’étude utilise le poisson zèbre comme modèle expérimental et construit des mutants pour HEG1 et KRIT1. Grâce à la technologie transgénique, les chercheurs ont exprimé plusieurs protéines marquées par fluorescence, telles que HEG1-GFP et KRIT1-GFP, dans les embryons de poisson zèbre pour permettre l’imagerie en temps réel et l’observation dynamique des interactions intercellulaires.

2. Imagerie en temps réel et expériences optogénétiques
   Les chercheurs ont réalisé une imagerie en temps réel des embryons de poisson zèbre pour observer les interactions intercellulaires endothéliales et la formation de la lumière vasculaire au cours de l’angiogenèse. À l’aide d’outils optogénétiques, les chercheurs ont activé la voie de signalisation RhoA dans des régions spécifiques pour étudier son impact sur les interfaces intercellulaires et la formation de la lumière vasculaire.

3. Analyse d’images et traitement des données
   Les données d’imagerie en temps réel ont été analysées à l’aide d’ImageJ et de MATLAB, permettant de quantifier les changements de forme des interfaces intercellulaires, la distribution de la myosine (myosin) et la dynamique d’expansion et de contraction de la lumière vasculaire.

Principaux résultats

1. Rôle de HEG1 et KRIT1 dans la formation des interfaces intercellulaires
   L’étude a révélé que les interfaces intercellulaires endothéliales dans les mutants HEG1 et KRIT1 présentaient des caractéristiques de distorsion et de fragmentation, indiquant que ces gènes jouent un rôle clé dans le maintien de la stabilité des interfaces intercellulaires. Grâce à l’imagerie en temps réel, les chercheurs ont observé que les interfaces intercellulaires dans les mutants HEG1 et KRIT1 manquaient de contractilité de la myosine, entraînant une distorsion des interfaces et une obstruction de la formation de la lumière vasculaire.

2. Rôle des forces de contraction oscillatoires dans la formation de la lumière vasculaire
   Dans les embryons de poisson zèbre sauvages, les chercheurs ont observé des phénomènes de contraction oscillatoire aux interfaces intercellulaires endothéliales, ces forces de contraction aidant à redresser les interfaces intercellulaires et à éliminer les interfaces excessives. En revanche, dans les mutants HEG1 et KRIT1, cette force de contraction oscillatoire était absente, entraînant une distorsion des interfaces intercellulaires et une incapacité à former une lumière vasculaire continue.

3. Activation optogénétique de la voie de signalisation RhoA
   À l’aide d’outils optogénétiques, les chercheurs ont activé la voie de signalisation RhoA dans les mutants KRIT1, rétablissant avec succès la contractilité des interfaces intercellulaires et redressant les interfaces distordues. Ce résultat montre que la voie de signalisation RhoA joue un rôle important dans le maintien des interfaces intercellulaires et la formation de la lumière vasculaire.

Conclusion et signification

Cette étude a révélé que HEG1 et KRIT1 régulent la contractilité oscillatoire entre les cellules endothéliales, maintenant la stabilité des interfaces intercellulaires et favorisant ainsi la formation continue de la lumière vasculaire. Cette découverte non seulement éclaire les mécanismes moléculaires des gènes CCMs dans l’angiogenèse, mais offre également de nouvelles perspectives pour le traitement des CCMs. Le rétablissement de la contractilité des interfaces intercellulaires pourrait contribuer à améliorer les anomalies vasculaires chez les patients atteints de CCMs.

Points forts de la recherche

1. Révélation du rôle clé de HEG1 et KRIT1 dans l’angiogenèse : L’étude montre que HEG1 et KRIT1 régulent la contractilité oscillatoire entre les cellules endothéliales, maintenant la stabilité des interfaces intercellulaires et favorisant la formation continue de la lumière vasculaire.

2. Combinaison innovante d’imagerie en temps réel et d’outils optogénétiques : Grâce à l’imagerie en temps réel et aux outils optogénétiques, les chercheurs ont observé dynamiquement les interactions intercellulaires et ont rétabli avec succès la contractilité des interfaces intercellulaires dans les mutants.

3. Nouvelles perspectives pour le traitement des CCMs : Le rétablissement de la contractilité des interfaces intercellulaires pourrait contribuer à améliorer les anomalies vasculaires chez les patients atteints de CCMs, offrant une base théorique pour les futures stratégies thérapeutiques.

Autres informations utiles

L’étude a également révélé que les forces hémodynamiques (hemodynamic forces) jouent un rôle complémentaire dans la formation de la lumière vasculaire, en particulier dans les mutants, où le flux sanguin peut favoriser le redressement des interfaces distordues et la formation continue de la lumière vasculaire. Cette découverte souligne davantage l’importance des forces biophysiques dans l’angiogenèse.