Signatures génétiques et fonctionnelles spécifiques des cellules endothéliales aortiques aux sites de prédilection des anévrismes chez les souris saines et AngII ApoE−/−

Contexte académique

L’anévrisme aortique (Aortic Aneurysm, AA) est une maladie caractérisée par une dilatation pathologique à des sites spécifiques de l’aorte, pouvant entraîner une rupture vasculaire mortelle. Les anévrismes aortiques se développent généralement à des sites de prédilection, tels que l’arc aortique et l’aorte abdominale. Bien que les facteurs hémodynamiques jouent un rôle important dans la formation des anévrismes, il reste incertain si les différences intrinsèques de la paroi vasculaire y contribuent également. Des preuves récentes suggèrent que les cellules endothéliales (Endothelial Cells, ECs) jouent un rôle clé dans la pathogenèse des anévrismes aortiques. Les cellules endothéliales présentent une hétérogénéité marquée dans différents organes et à différents sites de l’arbre vasculaire, et cette hétérogénéité pourrait être liée à la susceptibilité aux anévrismes.

Pour approfondir le rôle des cellules endothéliales aortiques dans la formation des anévrismes, les chercheurs ont développé une méthode modifiée de “Häutchen” pour isoler les cellules endothéliales à partir de sites spécifiques de l’aorte de souris et ont analysé leur hétérogénéité spatiale par séquençage d’ARN (RNA-seq). L’étude visait à révéler les signatures génétiques et fonctionnelles des cellules endothéliales aortiques aux sites de prédilection des anévrismes chez les souris saines et à explorer leur rôle potentiel dans le développement de la maladie.

Source de l’article

L’étude a été réalisée par Alexander Brückner, Adrian Brandtner, Sarah Rieck et leurs collaborateurs, issus de l’Université de Bonn, de l’Université de Lübeck et de l’Université de la Ruhr à Bochum, entre autres. L’article a été publié en ligne le 4 juillet 2024 dans la revue Angiogenesis, sous le titre Site-specific genetic and functional signatures of aortic endothelial cells at aneurysm predilection sites in healthy and AngII ApoE−/− mice.

Processus de recherche

1. Isolation et traitement des cellules endothéliales

Les chercheurs ont d’abord utilisé la méthode modifiée de “Häutchen” pour isoler les cellules endothéliales de différentes parties de l’aorte de souris C57BL/6 saines et de souris AngII ApoE−/−. Les étapes spécifiques sont les suivantes :

• Isolation de l’aorte : Ouverture du thorax et de l’abdomen de la souris, dissection de l’aorte et élimination du tissu conjonctif, perfusion de l’aorte avec de l’héparine (250 UI/mL).
• Segmentation de l’aorte : Division de l’aorte en quatre segments représentant les parties ascendante et descendante de l’arc aortique, ainsi que les parties thoracique et abdominale de l’aorte droite.
• Isolation des cellules endothéliales : Utilisation de la méthode modifiée de “Häutchen” pour séparer les cellules endothéliales et les cellules de la média/adventice. La méthode consiste à ouvrir les segments aortiques, à les placer face endothéliale vers le bas sur une lamelle de verre, puis à appliquer une lamelle de verre pré-refroidie sur la face adventice, transférant ainsi les couches cellulaires superficielles par force mécanique.
• Extraction d’ARN : Utilisation du kit RNeasy Plus Micro (Qiagen) pour extraire l’ARN des cellules endothéliales isolées, suivi d’une analyse par RNA-seq.

2. Modèle murin AngII ApoE−/−

Pour étudier la formation des anévrismes, les chercheurs ont utilisé un modèle murin AngII ApoE−/−. Les étapes spécifiques sont les suivantes :

• Traitement des souris : Des souris ApoE−/− âgées de 10 à 18 semaines ont été randomisées en groupes AngII et témoin. Le groupe AngII a reçu une perfusion continue d’AngII (1000 ng/kg/min) via des pompes osmotiques Alzet, pendant 14 ou 28 jours.
• Surveillance de la maladie : Utilisation de l’appareil à ultrasons Vevo 3100 pour surveiller la formation des anévrismes.

3. Analyse RNA-seq

Les chercheurs ont effectué une analyse RNA-seq sur les cellules endothéliales isolées pour comparer les différences d’expression génique entre les différents sites. Les étapes spécifiques sont les suivantes :

• Préparation des bibliothèques : Utilisation du kit Trio RNA-seq Library Preparation Kit (Tecan) pour préparer les bibliothèques RNA-seq, suivie d’un séquençage sur le séquenceur NextSeq 500.
• Analyse des données : Utilisation de la plateforme Galaxy pour l’analyse bioinformatique des données RNA-seq, y compris l’analyse des différences d’expression génique, l’analyse ontologique des gènes (GO) et la création de cartes thermiques.

4. Mesure des propriétés mécaniques des cellules endothéliales

Les chercheurs ont utilisé la microscopie à force atomique (Atomic Force Microscopy, AFM) pour mesurer la rigidité corticale des cellules endothéliales, afin d’évaluer les changements de leurs propriétés mécaniques aux sites de prédilection des anévrismes.

Résultats principaux

1. Isolation et identification des cellules endothéliales

Grâce à la méthode modifiée de “Häutchen”, les chercheurs ont réussi à isoler des cellules endothéliales de haute pureté à partir de différents sites de l’aorte de souris saines. L’analyse RNA-seq a montré des différences significatives dans les profils d’expression génique entre les cellules endothéliales et les cellules de la média/adventice, validant ainsi l’efficacité de la méthode.

2. Hétérogénéité de l’expression génique des cellules endothéliales

Les chercheurs ont découvert que les cellules endothéliales de différents sites de l’aorte de souris saines présentaient une hétérogénéité significative dans l’expression génique. En particulier, aux sites de prédilection des anévrismes (comme la partie ascendante de l’arc aortique et l’aorte abdominale), les cellules endothéliales présentaient une régulation à la hausse des gènes liés au remodelage de la matrice extracellulaire, à l’angiogenèse et à l’inflammation.

3. Changements d’expression génique dans le modèle murin AngII ApoE−/−

Dans le modèle murin AngII ApoE−/−, les chercheurs ont observé que les profils d’expression génique des cellules endothéliales aux sites de formation des anévrismes ressemblaient à ceux des sites de prédilection des anévrismes chez les souris saines. Cela suggère que l’hétérogénéité des cellules endothéliales aortiques chez les souris saines pourrait déterminer les sites de formation des anévrismes et les changements pathologiques.

4. Changements des propriétés mécaniques des cellules endothéliales

Grâce à la mesure par AFM, les chercheurs ont découvert que la rigidité corticale des cellules endothéliales aux sites de prédilection des anévrismes était significativement augmentée, ce qui pourrait être un signe précoce de dysfonctionnement endothélial.

Conclusion

Cette étude a révélé l’hétérogénéité génétique et fonctionnelle des cellules endothéliales aortiques aux sites de prédilection des anévrismes chez les souris saines, et a montré que cette hétérogénéité pourrait déterminer les sites de formation des anévrismes et les changements pathologiques. Les résultats fournissent de nouvelles perspectives pour comprendre la pathogenèse des anévrismes aortiques et offrent des cibles potentielles pour les futures stratégies thérapeutiques.

Points forts de l’étude

• Méthode modifiée de “Häutchen” : L’étude a développé une méthode modifiée de “Häutchen” permettant d’isoler efficacement les cellules endothéliales à partir de sites spécifiques de l’aorte, fournissant un outil important pour étudier l’hétérogénéité des cellules endothéliales.
• Hétérogénéité de l’expression génique des cellules endothéliales : L’étude a révélé que les cellules endothéliales de différents sites de l’aorte de souris saines présentaient une hétérogénéité significative dans l’expression génique, en particulier aux sites de prédilection des anévrismes, où les gènes liés au remodelage de la matrice extracellulaire, à l’angiogenèse et à l’inflammation étaient régulés à la hausse.
• Validation par le modèle murin AngII ApoE−/− : Dans le modèle murin AngII ApoE−/−, les profils d’expression génique des cellules endothéliales aux sites de formation des anévrismes ressemblaient à ceux des sites de prédilection des anévrismes chez les souris saines, validant ainsi le rôle important de l’hétérogénéité des cellules endothéliales dans la formation des anévrismes.
• Changements des propriétés mécaniques des cellules endothéliales : L’étude a montré que la rigidité corticale des cellules endothéliales aux sites de prédilection des anévrismes était significativement augmentée, ce qui pourrait être un signe précoce de dysfonctionnement endothélial, offrant une base potentielle pour le diagnostic précoce des anévrismes.

Signification de l’étude

Cette étude non seulement révèle le rôle important des cellules endothéliales aortiques dans la formation des anévrismes, mais offre également de nouvelles idées pour les futures stratégies thérapeutiques. En ciblant l’hétérogénéité des cellules endothéliales, il pourrait être possible de prévenir ou de traiter les anévrismes aortiques. De plus, la méthode modifiée de “Häutchen” fournit un outil important pour étudier l’hétérogénéité des cellules endothéliales dans d’autres maladies vasculaires.