Mémoire de sage-femme : Médecine : Nancy 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Le placenta est l’organe central de la grossesse et son bon fonctionnement est essentiel pour mener à une grossesse à terme sans complication. L’inflammation joue un rôle très important dans les différentes étapes de la grossesse, de l’implantation à l’accouchement. Lorsque cette inflammation est débalancée au niveau du placenta, cela peut causer plusieurs altérations de ses fonctions. L’inflammation peut être induite par deux différents stimuli, soient par une intervention externe, donc infectieux (via les Pathogen-Associated Molecular Patterns, PAMPs) ou de façon endogène (via les Damage-Associated Molecular Patterns, DAMPs). L’augmentation de l’inflammation est aussi associée avec les complications de la grossesse, qui touchent 5-12% de toutes les grossesses et qui peuvent mener à des conséquences dévastatrices sur la santé de la mère et du nouveau-né. Ces complications comprennent la prééclampsie (PE), l’accouchement prématuré (AP) et le retard de croissance intra-utérin (RCIU). Malgré que ces pathologies aient des étiologies différentes, elles partagent un facteur commun qui joue un rôle essentiel soit, l’inflammation. Dans le but de mieux comprendre le rôle et les effets de l’inflammation sur le placenta humain et dans les complications de la grossesse, nous avons évalué les effets d’un PAMP (LPS) et d’un DAMP (IL-1) classiques dans un modèle d’explants placentaires humains et nous avons réalisé une étude transcriptomique non biaisée de placentas issus de chaque pathologie. Tout d’abord, nous avons démontré que le LPS induisait une plus grande quantité de cytokines pro-inflammatoire comparativement à l’IL-1 et que l’inhibition de la voie de signalisation de l’IL-1 par son antagoniste (IL-1Ra) diminuait leur expression et leur sécrétion. De plus, le LPS induisait une augmentation de la mort cellulaire dans les explants et la prolifération des cellules de Hofbauer, macrophages placentaires. Par la suite, l’étude du transcriptome de placentas provenant de complications de la grossesse (PE, AP et RCIU) a permis de constater que les pathologies ne forment pas de groupes (clusters) basés sur l’expression globale des gènes comparativement placentas issus de grossesses sans complication qui se regroupaient majoritairement ensemble. Il a été possible d’identifier les gènes significativement différents dans chaque pathologie et l’ontologie génique de ceux-ci. Nous avons identifié 198 gènes communs à toutes les complications de la grossesse qui sont majoritairement associés à des processus inflammatoires tels que l’interaction entre les cellules lymphoïdes et non lymphoïdes, l’activation leucocytaire et la régulation de la production de cytokines. Enfin, en plus de confirmer les modulations connues de certains gènes dans chaque complication de la grossesse, nous avons été en mesure d’identifier de nouveaux gènes qui n’avaient jamais été associés avec les pathologies, tels que FUT9, SLAMF7 et TGM3. En conclusion, les travaux présentés dans cette thèse démontrent que l’inflammation induite par le LPS et l’IL-1 n’a pas les mêmes effets au niveau du placenta. L’inflammation est une composante commune aux différentes complications de la grossesse et une meilleure compréhension des processus inflammatoires modulés dans chaque pathologie pourrait permettre le développement de nouvelles approches thérapeutiques. Des travaux futurs pourraient s’intéresser au potentiel prolifératif des cellules de Hofbauer et à l’investigation des nouveaux gènes identifiés par les résultats transcriptomiques. / The placenta is the central organ of pregnancy and its adequate functioning is essential to ensure term delivery without complications. Inflammation plays a key role in every step of pregnancy, from implantation to delivery. When this inflammation is unbalanced in the placenta, it can alter its functions. Inflammation can be induced by two different stimuli, either by external intervention like an infection (with Pathogen-Associated Molecular Patterns, PAMPs), or endogenously (with Damage-Associated Molecular Patterns, DAMPs). Increased inflammation is also associated with pregnancy complications and they affect 5-12% of all pregnancies and can have deleterious effects on maternal and infant health. These complications include preeclampsia (PE), preterm birth (PTB) and intrauterine growth restriction (IUGR). Even if these pathologies have different etiologies, they share a common factor that plays an essential role, inflammation. In order to better understand the role and the effects of inflammation on the human placenta and in pregnancy complications, we have evaluated the effects of classical PAMP (LPS) and DAMP (IL-1) on human placental explant model and we have realized an unbiased transcriptomic study of the placentas from each pregnancy complication. First of all, we demonstrated that LPS induced a higher production of pro-inflammatory cytokines compared to IL-1 and by inhibiting the IL-1 pathway using its antagonist (IL-1Ra), we decreased their expression and their secretion. Moreover, LPS treatment induced more cell death in the explants and proliferation of Hofbauer cells, macrophages of the placenta. Thereafter, transcriptomic study of placentas from pregnancy complications (PE, PTB and IUGR) allowed us to demonstrate that the pathologies were not clustering together based on their global gene expression compared to placentas from uncomplicated pregnancies which the majority of them were clustering together. It was possible to identify genes that were significantly modulated in each pathology and their gene ontology. We identified 198 genes common to all pregnancy complications and they were mostly related to inflammatory processes like interaction between lymphoid and non-lymphoid cells, leukocyte activation and regulation of cytokine production. Finally, in addition to confirming gene modulations previously known in each pregnancy complications, we were able to identify new genes that have never been associated with the pathologies such as FUT9, SLAMF7 and TGM3. To conclude, the work presented in this thesis show that inflammation induced by LPS and IL-1 did not have the same effect on the placenta. Inflammation is a key component to pregnancy complications and a better understanding of the inflammatory processes modulated in every pathology could help the development of new therapeutic strategies. Future work could investigate the proliferative potential of the Hofbauer cells and explore the new genes identified by the transcriptomic results.

La naissance prématurée (PTB), soit une naissance se produisant avant la 37e semaine de grossesse chez l’humain, est encore à ce jour l’une des principales causes de mortalité et de morbidité néonatales. En accord avec les études actuelles, la gravité des issues à la naissance est fortement liée à une perte de la fine régulation physiologique de facteurs inflammatoires durant la grossesse. Notamment, plusieurs données ont identifié qu’une fluctuation à la hausse des taux d'interleukine(IL)-6 dans les tissus gestationnels, liquide amniotique et le sang fœtal augmentait grandement le pronostic de naissance prématurée et de ses comorbidités associées. En plus de créer un environnement inflammatoire défavorable durant la gestation, IL-6 augmente aussi les protéines d’activation utérine (UAP), ayant pour effet de diminuer le temps de gestation. À ce jour, les traitements disponibles consistent principalement à arrêter les contractions à l’aide de tocolytiques. Conséquemment, ils ne s'attaquent pas directement à l'inflammation maternelle en amont sur le développement du fœtus. C’est dans cette optique que notre laboratoire a développé un peptidomimétique, nommé HSJ633 (633), inhibant sélectivement le récepteur d’IL-6 (IL-6R). Brièvement, la liaison d’IL-6 à IL-6R permet l’activation de la protéine accessoire du récepteur, gp130, générant la phosphorylation des protéines STAT3, Akt et de Erk1/2. En se liant de manière allostérique, 633 a l’avantage d’inhiber sélectivement la voie de STAT3, celle-ci affectant principalement la production de protéines de la phase aiguë. Ainsi, nous émettons l'hypothèse qu’IL-6 peut causer des dommages aux tissus fœtaux et que l'inhibition d’IL-6R à l'aide de 633 améliorera les conditions à la naissance tout en maintenant l'intégrité du tissu fœtal. Durant tout ce travail, nous avons confirmé notre hypothèse en utilisant un modèle d’inflammation anténatal en administrant du lipopolysaccharide (LPS) sur des souris gestantes vers la fin de leur période de gestation. Les résultats ont montré que le LPS raccourcissait le temps de gestation, réduisaient le poids à la naissance et la survie des souriceaux. Nous avons confirmé qu’IL-6 est un acteur important dans l’induction de la PTB et que son inhibition sélective est suffisante pour diminuer les effets délétères de l’inflammation. De plus, nous avons caractérisé l’effet protecteur de 633 en analysant la transcription de gènes et la synthèse de protéines clés dans les tissus maternels et gestationnels. Nous avons poursuivi davantage la caractérisation en révélant la présence de 633 au niveau du placenta, mais pas dans le fœtus. Ces résultats permettent de clarifier que 633 diminue l’inflammation directement au niveau placentaire et qu’il empêche les dommages subséquents de se répercuter dans le fœtus. En outre, nous avons établi que 633 réduit la morphologie anormale des poumons et des intestins de la progéniture induite par l'inflammation. Ensemble, nos données montrent que 633 a rétabli avec succès les issues à la naissance en augmentant le temps de gestation, la survie à la naissance et en préservant l'intégrité des organes du fœtus dans un modèle de PTB induite par le LPS. Ces découvertes soulignent l’importance d’IL-6 et révèlent l’efficacité́ pharmacologique in vivo d’un nouveau modulateur de l’IL-6R. Le 633 est un nouveau prototype thérapeutique prometteur pour la prévention de la PTB chez l’humain. / Preterm birth (PTB), which occurs before the 37th week of pregnancy in humans, is still one of the leading causes of neonatal mortality and morbidity. In agreement with current studies, the severity of birth outcomes is strongly associated with the loss of fine physiological regulation of inflammatory factors during pregnancy. Notably, several data have identified that upward fluctuation of interleukin (IL)-6 levels in gestational tissue, amniotic fluid, and fetal blood greatly increase the prognosis of preterm birth and its comorbidities. In addition to creating an adverse inflammatory environment during gestation, IL-6 also increases uterine activating protein (UAP), which results in decreased gestation time. To date, available treatments mainly consist of attempts to stop contractions with tocolytics. Consequently, they do not directly address the upstream maternal inflammation on the development of the fetus. To that end, our laboratory has developed a peptidomimetic, named HSJ633 (633), that selectively inhibits the IL-6 receptor (IL-6R). Briefly, binding of IL-6 to IL-6R allows activation of the receptor accessory protein, gp130, resulting in phosphorylation of STAT3, Akt and Erk1/2. By binding allosterically, 633 has the advantage of selectively inhibiting the STAT3 pathway, the latter mainly affecting the production of acute phase proteins. Thus, we hypothesize that IL-6 can cause fetal tissue damage and that inhibition of IL-6R with 633 will improve birth outcomes while also preserving the integritý of fetal tissue. Throughout this work, we confirmed our hypothesis using a model of antenatal inflammation by injecting lipopolysaccharide (LPS) into pregnant mice towards the end of their gestation period. The results showed that LPS shortened gestation time and reduced pup weight and survival. We confirmed that IL-6 is an important player in the induction of PTB and that its selective inhibition is sufficient to decrease the deleterious effects of inflammation. In addition, we characterized the protective effect of 633 by investigating gene transcription and key protein synthesis in maternal and gestational tissues. We further characterized the effect by revealing the presence of 633 in the placenta, but not in the fetus. These results clarify that 633 decrease inflammation directly in the placenta and prevents subsequent injury in the fetus. In addition, we found that 633 reduces inflammation-induced abnormal morphology of the lungs and intestines of the offspring. Taken together, our data show that 633 successfully restored birth outcomes by increasing gestation time, survival at birth, and preserving fetal organ integrity in an LPS-induced PTB model. These findings underscore the importance of IL-6 and unveil the in vivo pharmacological efficacy of a novel modulator of IL-6R. 633 is a promising new therapeutic prototype for the prevention of PTB in humans.

Les dysfonctions placentaires sont fortement associées aux complications de la grossesse et de plus en plus reliées à une augmentation de médiateurs inflammatoires endogènes, appelés alarmines ou motifs moléculaires associés aux dommages (« damage associated molecular patterns » (DAMPs). High-mobility group box 1 (HMGB1), est un DAMP qui a été associé aux grossesses avec PE et accouchement prématuré. HMGB1 est une protéine nucléaire qui peut être sécrétée dans l’espace extracellulaire de façon passive ou active. Une fois dans l’espace extracellulaire, HMGB1 existe sous différents isoformes ayant des actions inflammatoires distinctes. Le rôle de HMGB1 et de ses isoformes à l’interface materno-fœtale est encore peu connu. L’objectif de mes travaux de maitrise était d’investiguer le rôle de HMGB1 à l’interface materno-fœtale, en déterminant sa localisation subcellulaire pendant la syncytialisation, ainsi que les actions pro-inflammatoires sur le placenta. Méthodes : Un modèle d’explants placentaires en conditions physiologiques fut utilisé afin de déterminer et de moduler la localisation subcellulaire de HMGB1. Le même modèle a été traité avec les différentes isoformes de HMGB1 (HMGB1-disulfide: D ou HMGB1-réduit: R) afin de déterminer leurs effets inflammatoires et leurs impacts sur la fonction placentaire. Des placentas de femmes ayant des grossesses sans complications, une prééclampsie (PE) ou une prééclampsie du postpartum (PPPE) ont été étudiés afin de déterminer la distribution de HMGB1 et ses récepteurs (Receptor for advanced glycation end product (RAGE) et Toll like receptor (TLR4)). Résultats : La localisation intracellulaire de HMGB1 est modulée pendant le processus de syncytialisation avec une localisation majoritairement cytoplasmique et extracellulaire par rapport à une localisation généralement nucléaire dans les trophoblastes différenciés. Favoriser l’export nucléaire de HMGB1 avec un inhibiteur d’histone déacétylase (HDAC), le sodium butyrate (NaB) augmente la concentration cytoplasmique de HMGB1 ainsi que la sécrétion de l’hormone chorionique gonadotrope (-hCG), signe de la différentiation des trophoblastes. L’isoforme disulfide de HMGB1 induit la sécrétion de cytokines pro-inflammatoire (IL-1, IL-6 et MCP-1) et a aussi un impact sur la différenciation des trophoblastes, tel qu’observé par une diminution de la sécrétion de -hCG. En conditions pathologiques, l’expression de HMGB1 et ses récepteurs RAGE et TLR4 est augmentée dans des conditions de prééclampsie du post-partum. Pour conclure, la localisation subcellulaire de HMGB1 est modulée pendant la syncytialisation, dans un contexte non-pathologique. L’accumulation cytoplasmique de HMGB1 est la première étape avant la sécrétion dans l’espace extracellulaire. Lorsque dans l’espace extracellulaire, une isoforme spécifique de HMGB1 (HMGB1-D) entraine l’augmentation de la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires. L’expression de HMGB1 et ses récepteurs est augmentée et conditions pathologiques démontrant que ce DAMP peut jouer différents rôles tant dans un contexte inflammatoire et de dysfonctions placentaires ainsi que dans un contexte de différenciation des trophoblastes. / Sterile inflammation, caused by endogenous damaged-associated-molecular-patterns (DAMP), at the maternal fetal interface is frequently observed in pregnancy complications and leads to placental inflammation and dysfunction by unknown mechanisms. HMGB1 has been associated to preeclampsia, preterm birth and it can be released in the extracellular space and associated to increased inflammatory actions. Extracellular HMGB1 has two isoforms, (HMGB1-disulfide-D) inducing proinflammatory cytokines whilst the other (HMGB1-reduced-R) acts as a chemoattractant. The role of HMGB1 and its isoform at the maternal-fetal interface is mostly unknown. The objective of my master was to investigate the roles of HMGB1 at the maternal-fetal interface including its subcellular localisation during trophoblast differentiation and pro-inflammatory effects on the placenta. Methods: Term placental explants were used to determine the subcellular localisation of HMGB1 during trophoblast differentiation or treated with specific HMGB1 isoforms (HMGB1-D or HMGB1-R) to determine the impact on inflammation and placental function. Alongside, placentas from women with either normal term pregnancies, PE or PPPE were used to determine the distribution of HMGB1 and its receptor. Results: HMGB1 subcellular localisation is modulated during the syncytialisation process with major cytoplasmic and extracellular localisation to a more nuclear localisation in differentiated trophoblasts. Promoting HMGB1 nuclear export, using the histone deacetylase inhibitor (HDAC) NaB, increased HMGB1 cytoplasmic concentration leading to increase secretion of human chorionic gonadotropin (-hCG) in placental explants. HMGB1-D treatment of explants led to the secretion of pro-inflammatory cytokines (IL-1, IL-6 et MCP-1) and impacted trophoblasts differentiation observed by decreased -hCG secretion. In pathological conditions, HMGB1 and his receptors, RAGE and TLR4, expression is increased in PPPE compared to non-pathological pregnancy. To conclude, we demonstrated changes in the localisation of HMGB1 in association with trophoblast differentiation in uncomplicated pregnancies. Cytoplasmic accumulation of HMGB1 is the first step before its release in the extracellular space. We showed that a specific isoform of HMGB1 (disulfide isoform) induced inflammatory cytokines secretion which suggests a role of this DAMP in placental inflammation and function. Finally, HMGB1 and its receptors are increased in a pathological condition (PPPE) demonstrating that this DAMP may play different role in both inflammatory context and trophoblast differentiation.