Smad1/5 est acétylé dans les aortes dorsales de l'embryon de souris, entraînant l'expression précoce des gènes artériels

Contexte académique

Au cours du développement embryonnaire, la différenciation artério-veineuse (différenciation AV) est une étape cruciale pour assurer la formation et la maturation des vaisseaux sanguins. Si l’identification des artères ou des veines présente des défauts, cela peut entraîner une fusion inappropriée des vaisseaux, formant ce que l’on appelle des malformations artério-veineuses (MAV). Actuellement, le mécanisme de formation des MAV reste mal compris, et les options de traitement sont limitées. Chez les mammifères, la différenciation AV est initiée avant le début de la circulation sanguine dans l’embryon, mais ce mécanisme “pré-circulation” (pre-flow mechanism) est encore peu connu. Cette étude vise à révéler le rôle de la voie de signalisation SMAD1/5 dans l’identité artérielle pré-circulation et a découvert de manière inattendue un nouveau mécanisme de régulation de la signalisation SMAD1/5.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Margo Daems, Ljuba C. Ponomarev, Rita Simoes-Faria, Max Nobis, Colinda L.G.J. Scheele, Aernout Luttun, Bart Ghesquière, An Zwijsen et Elizabeth A.V. Jones. L’équipe de recherche est issue du Centre de biologie moléculaire et vasculaire de l’Université de Louvain (KU Leuven), du Centre de biologie du cancer VIB, du laboratoire d’oncologie et du département de cardiologie de l’Université de Maastricht aux Pays-Bas. L’article a été accepté le 22 juin 2024 et publié en ligne le 10 septembre 2024 dans la revue Cardiovascular Research.

Processus de recherche

1. Objectif de l’étude

L’objectif principal de cette étude est de révéler le rôle de la voie de signalisation SMAD1/5 dans l’expression des gènes artériels avant le début de la circulation sanguine dans l’embryon et d’explorer son mécanisme de régulation.

2. Conception expérimentale

L’étude a utilisé un modèle d’embryons de souris et a analysé le rôle de la voie de signalisation SMAD1/5 dans la différenciation artérielle à travers diverses méthodes expérimentales. Le processus expérimental spécifique est le suivant :

a) Culture et traitement des embryons

Les chercheurs ont isolé des embryons de souris et les ont cultivés in vitro. Les embryons ont été divisés en différents groupes expérimentaux et soumis à divers traitements, notamment l’utilisation de la protéine Notch1-Fc, d’anticorps neutralisants TGFβ1, d’anticorps neutralisants ALK1, d’inhibiteurs ALK5, etc.

b) Analyse de l’expression génique

À l’aide de la technique d’hybridation in situ sur embryons entiers (whole-mount in situ hybridization, WMISH), les chercheurs ont détecté l’expression des gènes artériels précoces (tels que Hey1, Gja4, Dll4). De plus, la PCR quantitative en temps réel (RT-qPCR) et la technique de Western blot ont été utilisées pour quantifier l’expression des gènes et des protéines.

c) Détection de l’acétylation des protéines

Les chercheurs ont utilisé l’essai de liaison de proximité (proximity ligation assay, PLA) pour détecter l’état d’acétylation des protéines SMAD1/5. Grâce à la coloration immunohistochimique, les chercheurs ont en outre validé l’acétylation des protéines SMAD1/5 dans les cellules endothéliales de l’aorte embryonnaire.

d) Expériences d’inhibition des voies métaboliques

Pour étudier le rôle de l’acétyl-CoA dans l’acétylation de SMAD1/5, les chercheurs ont utilisé l’inhibiteur de la pyruvate déshydrogénase (PDH) CPI-613 et l’inhibiteur de désacétylase trichostatine A (TSA) pour observer leur impact sur l’expression des gènes artériels.

3. Principaux résultats

a) La voie de signalisation Notch est inactive avant la circulation sanguine

L’étude a révélé que, bien que Notch1 soit exprimé dans l’embryon avant la circulation sanguine, il n’est pas activé et n’est pas nécessaire à l’expression des gènes artériels précoces (Hey1 et Gja4). En utilisant un modèle de knock-out NCX1, les chercheurs ont en outre confirmé le rôle crucial de la contrainte de cisaillement dans le maintien de l’identité artérielle.

b) La voie de signalisation SMAD1/5 entraîne l’expression des gènes artériels précoces

L’étude a montré que la voie de signalisation SMAD1/5 est activée dans l’embryon avant la circulation sanguine et est médiée par le complexe récepteur ALK1/ALK5/TGFβRII. TGFβ1 est le ligand nécessaire à l’activation de la signalisation SMAD1/5. De plus, l’acétylation des protéines SMAD1/5 les rend plus sensibles à la stimulation par TGFβ1.

c) La production d’acétyl-CoA est cruciale pour l’expression des gènes artériels précoces

En inhibant la production d’acétyl-CoA, les chercheurs ont constaté que l’expression des gènes artériels précoces (Hey1 et Gja4) était bloquée. En stabilisant l’acétylation, l’expression de ces gènes a été restaurée.

d) L’expression des gènes artériels est inhibée dans des conditions d’hypoxie

Dans des conditions d’hypoxie, l’expression des gènes artériels précoces est inhibée, mais l’utilisation de TSA permet de restaurer cette expression, indiquant que l’hypoxie affecte l’expression des gènes artériels en inhibant l’acétylation de SMAD1/5.

4. Conclusion

Cette étude a révélé le rôle clé de la voie de signalisation SMAD1/5 dans l’expression des gènes artériels avant le début de la circulation sanguine dans l’embryon et a découvert un nouveau mécanisme de régulation, à savoir l’amélioration de la sensibilité de SMAD1/5 à TGFβ1 par l’acétylation des protéines. Cette découverte offre une nouvelle perspective pour comprendre les mécanismes moléculaires de la différenciation artérielle et fournit des cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement des maladies vasculaires telles que les malformations artério-veineuses.

5. Points forts de l’étude

• Découverte importante : La voie de signalisation SMAD1/5 régule l’expression des gènes artériels précoces dans l’embryon avant la circulation sanguine par l’acétylation.
• Nouveauté : Première révélation du rôle crucial de l’acétylation des protéines SMAD1/5 dans la différenciation artérielle.
• Valeur applicative : Fournit de nouvelles idées pour le traitement des maladies vasculaires telles que les malformations artério-veineuses.

6. Autres informations utiles

Cette étude a également révélé que l’acétylation de SMAD1/5 est inhibée dans des conditions d’hypoxie, entraînant une inhibition de l’expression des gènes artériels précoces. Cette découverte offre une nouvelle perspective pour comprendre l’impact de l’hypoxie sur le développement vasculaire.

Résumé

Cette étude, à travers une série de conceptions expérimentales minutieuses, a révélé le rôle clé de la voie de signalisation SMAD1/5 dans l’expression des gènes artériels avant le début de la circulation sanguine dans l’embryon et a découvert un nouveau mécanisme de régulation. Cette découverte approfondit non seulement notre compréhension de la différenciation artérielle, mais fournit également de nouvelles cibles potentielles pour le traitement des maladies vasculaires.