Lors des Broncho-pneumopathies chroniques obstructives (BPCO), la dégradation du tissu bronchique et l’altération de la fonction respiratoire sont dues à une réaction inflammatoire qui s’accompagne d’un stress oxydatif, d’un déséquilibre protéolytique et d’un blocage de l’angiogénèse. Dans ce contexte, la régulation et les fonctions des cathepsines à cystéine pulmonaires restent mal définies. Bien qu’in vitro, le peroxyde d’hydrogène (H2O2) inactive de façon dose-dépendante les cathepsine, cette activité peut-être partiellement restaurée compte tenu de l’oxydation réversible de la cystéine du site actif sous forme d’acide sulfénique. De plus, les cathepsines sécrétées par les cellules THP-1 sont protégées de l’inactivation par H2O2 grâce à la présence de catalase extracellulaire, expliquant pour partie le maintien de leur activité dans un environnement à priori défavorable. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l’implication des cathepsines dans l’homéostasie de l’endostatine, un facteur pro-apoptotique et anti-angiogénique dont la concentration dans les poumons est corrélée à la sévérité de l’emphysème. Les cathepsines L, V, B et K sont des enzymes candidates à la libération de l’endostatine à partir du collagène XVIII, alors que seules les cathepsines L, V et S la dégradent, générant lors de l’hydrolyse des peptides aux propriétés anti-prolifératives et pro-apoptotiques. / During Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD), the degradation of pulmonary parenchyma and the decrease of respiratory function depend on inflammatory reactions associated with oxidative stress, unbalanced proteolysis and the blockade of angiogenesis. In this context, the regulation and roles of cysteine cathepsins are poorly defined. Although hydrogen peroxide (H2O2) inactivates in vitro cysteine cathepsins, their activity can be partially restored due to the oxidation of the nucleophilic active site cysteine as a sulfenic acid. Moreover, secreted cathepsins of THP-1 cells are protected from inactivation by H2O2 by the presence of extracellular catalase, explaining their sustained activity in spite of an unfavourable environment. In a second step, we have studied the implication of cathepsins in the generation and the degradation of endostatin, a pro-apoptotic and anti-angiogenic factor, whose the concentration is correlated to the severity of emphysema. Cathepsins L, V, B, K and S are putative candidates for the release of endostatin from collagen XVIII, whereas only cathepsins L, V and S degrade it and release pro-apoptotic and anti-proliferative peptides.

OBJECTIF: Évaluer le rôle de l’endostatine, un nouveau marqueur anti-angiogénique, pour prédire le risque de prééclampsie (PE). METHODES: Il s’agit d’une étude cas témoins nichée dans deux cohortes prospectives. Les échantillons sanguins étaient collectés entre 11 et 17 semaines puis entre 18 et 26 semaines d’aménorrhée. L’hypertension gestationnelle était définie par une tension artérielle supérieure ou égale à 140/90mmHg à 2 reprises. Les cas de prééclampsie étaient définis par une hypertension gestationnelle associée à une protéinurie supérieure ou égale à 0.3 g /24h après 20 semaines de grossesse. La concentration d’endostatine était mesurée par une technique d’ELISA. Les résultats étaient exprimés en multiples de la médiane (MoM) et ajustés pour l’âge maternel, l’âge gestationnel, l’ethnie, et la cohorte d’origine. Une régression logistique était utilisée pour calculer des odds ratios (OR) ajustés et prédire le risque de PE. RESULTATS: Au total nous avons étudié 77 PE et 150 témoins chez des grossesses uniques. Parmi les PE 21 étaient de survenue précoce, avec un diagnostic avant 34 semaines et 41 étaient des PE sévères. Les cas avaient un IMC plus élevé que les témoins et étaient plus souvent Africaines. Les taux médians d’endostatine étaient significativement plus élevés chez les PE que chez les témoins au 1er trimestre (94.2 versus 90.7 ng/ml, p=0.004) et 2ème trimestre (105.8 versus 99.3 ng/ml p=0.002). Le taux d’endostatine entre 18 et 26 semaines était même plus élevé chez les patientes qui développaient une PE précoce. Lorsque l’endostatine était supérieure au 75èmepercentile (exprimée en MoM), le OR ajusté était de 1.33 95IC [0.68-2.58] à 11-17 semaines et 1.77 [0.94-3.34] à 18-26 semaines. L’OR ajusté pour les PE précoces était 3.51 [1.18-10.43] entre 11-17 semaines et 2.17 [0.67-7.06] entre 18-26 semaines. CONCLUSIONS: Un taux élevé d’endostatine dès le 1er trimestre est associé à une augmentation du risque de PE et surtout d’un risque de prééclampsie précoce. Toutefois l’endostatine seule a une trop faible valeur prédictive pour avoir une utilité clinique. / OBJECTIVE: To evaluate a new anti-angiogenic factor, endostatin, in relation to the risk of preeclampsia (PE). STUDY DESIGN: We performed a case control study nested in two separate prospective cohorts. Serum samples were collected at 11-17 weeks and 18-26 weeks of gestation. Maternal endostatin levels were measured by ELISA. Results were expressed as multiples of the median (MoM) adjusted for maternal age, gestational age, ethnicity, and cohort of origin. Logistic regression was used to calculate adjusted odds ratios (aORs) of PE. RESULTS: A total of 77 PE and 150 controls of singleton pregnancies were studied, including 21 early-onset PE (diagnosis before 34 weeks) and 41 severe PE. Cases had a higher pre-pregnancy BMI and were more likely of African ethnicity than controls. Endostatin levels were significantly higher in women with PE compared to controls at both the first and second trimester (median 94.2 vs. 90.7 ng/ml p=0.004 and 105.8 vs. 99.3 ng/ml p= 0.002 respectively). Endostatin levels were even higher in women with early-onset PE. At a cut-off level of 75th percentile of endostatin MoMs, the adjusted ORs for PE were 1.33, 95CI [0.68-2.58] at 11-17 weeks and 1.77 [0.94-3.34] at 18-26 weeks. The aORs for early-onset PE were 3.51 [1.18-10.43] at 11-17 weeks and 2.17 [0.67-7.06] at 18-26 weeks, respectively. CONCLUSION: Higher endostatin levels as early as in the first trimester may indicate an increased risk of subsequent PE, especially early onset PE. However endostatin alone has a poor predictive value for clinical usefulness.

OBJECTIF: Évaluer le rôle de l’endostatine, un nouveau marqueur anti-angiogénique, pour prédire le risque de prééclampsie (PE). METHODES: Il s’agit d’une étude cas témoins nichée dans deux cohortes prospectives. Les échantillons sanguins étaient collectés entre 11 et 17 semaines puis entre 18 et 26 semaines d’aménorrhée. L’hypertension gestationnelle était définie par une tension artérielle supérieure ou égale à 140/90mmHg à 2 reprises. Les cas de prééclampsie étaient définis par une hypertension gestationnelle associée à une protéinurie supérieure ou égale à 0.3 g /24h après 20 semaines de grossesse. La concentration d’endostatine était mesurée par une technique d’ELISA. Les résultats étaient exprimés en multiples de la médiane (MoM) et ajustés pour l’âge maternel, l’âge gestationnel, l’ethnie, et la cohorte d’origine. Une régression logistique était utilisée pour calculer des odds ratios (OR) ajustés et prédire le risque de PE. RESULTATS: Au total nous avons étudié 77 PE et 150 témoins chez des grossesses uniques. Parmi les PE 21 étaient de survenue précoce, avec un diagnostic avant 34 semaines et 41 étaient des PE sévères. Les cas avaient un IMC plus élevé que les témoins et étaient plus souvent Africaines. Les taux médians d’endostatine étaient significativement plus élevés chez les PE que chez les témoins au 1er trimestre (94.2 versus 90.7 ng/ml, p=0.004) et 2ème trimestre (105.8 versus 99.3 ng/ml p=0.002). Le taux d’endostatine entre 18 et 26 semaines était même plus élevé chez les patientes qui développaient une PE précoce. Lorsque l’endostatine était supérieure au 75èmepercentile (exprimée en MoM), le OR ajusté était de 1.33 95IC [0.68-2.58] à 11-17 semaines et 1.77 [0.94-3.34] à 18-26 semaines. L’OR ajusté pour les PE précoces était 3.51 [1.18-10.43] entre 11-17 semaines et 2.17 [0.67-7.06] entre 18-26 semaines. CONCLUSIONS: Un taux élevé d’endostatine dès le 1er trimestre est associé à une augmentation du risque de PE et surtout d’un risque de prééclampsie précoce. Toutefois l’endostatine seule a une trop faible valeur prédictive pour avoir une utilité clinique. / OBJECTIVE: To evaluate a new anti-angiogenic factor, endostatin, in relation to the risk of preeclampsia (PE). STUDY DESIGN: We performed a case control study nested in two separate prospective cohorts. Serum samples were collected at 11-17 weeks and 18-26 weeks of gestation. Maternal endostatin levels were measured by ELISA. Results were expressed as multiples of the median (MoM) adjusted for maternal age, gestational age, ethnicity, and cohort of origin. Logistic regression was used to calculate adjusted odds ratios (aORs) of PE. RESULTS: A total of 77 PE and 150 controls of singleton pregnancies were studied, including 21 early-onset PE (diagnosis before 34 weeks) and 41 severe PE. Cases had a higher pre-pregnancy BMI and were more likely of African ethnicity than controls. Endostatin levels were significantly higher in women with PE compared to controls at both the first and second trimester (median 94.2 vs. 90.7 ng/ml p=0.004 and 105.8 vs. 99.3 ng/ml p= 0.002 respectively). Endostatin levels were even higher in women with early-onset PE. At a cut-off level of 75th percentile of endostatin MoMs, the adjusted ORs for PE were 1.33, 95CI [0.68-2.58] at 11-17 weeks and 1.77 [0.94-3.34] at 18-26 weeks. The aORs for early-onset PE were 3.51 [1.18-10.43] at 11-17 weeks and 2.17 [0.67-7.06] at 18-26 weeks, respectively. CONCLUSION: Higher endostatin levels as early as in the first trimester may indicate an increased risk of subsequent PE, especially early onset PE. However endostatin alone has a poor predictive value for clinical usefulness.

L’endostatine est le fragment C-terminal du collagène XVIII libéré dans la matrice extracellulaire par clivage enzymatique. C'est un inhibiteur endogène de l’angiogenèse et de la croissance tumorale. L'endostatine inhibe la prolifération et la migration des cellules endothéliales induite par le Fibroblast Growth Factor-2 ou le Vascular Endothelial Growth Factor et elle inhibe la croissance de 65 types de cellules tumorales. L’endostatine fait actuellement l’objet d’essais cliniques pour le traitement de différents cancers son mécanisme d’action est encore mal connu. Nous avons caractérisé par résonance plasmonique de surface (SPR) les interactions établies par l'endostatine avec les intégrines αvβ3 et α5β1 qui sont surexprimées à la surface des cellules endothéliales activée. Nous avons identifié le site de fixation l'endostatine sur les intégrines, proposé un modèle de structure du complexe formé par l'endostatine et l'intégrine αvβ3 et montré que l'endostatine ne peut pas se lier simultanément aux intégrines et aux chaînes d'héparane sulfate présentes à la surface cellulaire. Pour identifier des partenaires supplémentaires de l'endostatine, nous avons développé des puces à protéines et à glycosaminoglycanes basées sur la SPR et capables de suivre jusqu'à 400 interactions simultanément. Nous avons identifié neuf partenaires de l'endostatine (le dermatane sulfate, la transglutaminase-2, les collagènes I, IV et VI, le peptide amyloïde β1-42, et des protéines matricellulaires dont SPARC et thrombospondine-1). Nous avons montré que l’endostatine se fixe avec une forte affinité (KD ~ 6 nM) sur la transglutaminase-2 et que cette interaction nécessite la présence de calcium mais que l'endostatine n'est pas un substrat donneur d'acyle de l'enzyme. Nous avons montré que le réseau d'interactions de l'endostatine est enrichi en protéines contenant des modules EGF (Epidermal Growth Factor). Cela offre de nouvelles perspectives pour l'identification d'autres partenaires et donc de nouvelles fonctions de l'endostatine. Des protéines contenant des modules EGF comme la fibrilline-1, composant des fibres élastiques, et des protéines de l'immunité innée par exemple sont des partenaires potentiels de l'endostatine / Endostatin is the carboxyl-terminal fragment of collagen XVIII released in the extracellular matrix by proteolytic cleavage. It inhibits angiogenesis and tumor growth. Endostatin inhibits the proliferation and migration of endothelial cells induced by Fibroblast Growth Factor-2 and Vascular Endothelial Growth Factor and it inhibits 65 different tumor types. Endostatin is currently under clinical trials for several tumors. We have used surface plasmon resonance (SPR) binding assays to characterize interactions between endostatin and α5β1 or αvβ3 integrins which are over-expressed at cell surface of actived endothelial cell. We have identified the binding site of endostatin on those integrins, and we have built a molecular modeling of the endostatin/integrin αvβ3 complex. We have shown that endostatin can not bind simultaneously to integrins and to heparan sulfate. In order to identify new partners of endostatin we have developed glycosaminoglycan and protein arrays based on SPR detection. We have found nine new partners of endostatin include glycosaminoglycans (chondroitin and dermatan sulfate), matricellular proteins (thrombospondin-1 and SPARC), collagens (I, IV and VI), the amyloid peptide Aβ(1-42), and transglutaminase-2 (TG-2). We have shown that endostatin binds to transglutaminase-2 with an high affinity (KD ~ 6 nM) in a calcium-dependent manner. Enzymatic assays indicated that, in contrast to other extracellular matrix proteins, endostatin is not a glutaminyl substrate of TG-2, but would rather be an acyl acceptor. The endostatin network comprises a number of extracellular proteins containing EGF domains (Epidermal Growth Factor), and able to bind calcium. Depending on the trigger event, and on the availability of its members in a given tissue at a given time, the endostatin network might be involved either in the control of angiogenesis, and tumor growth, or in neurogenesis and neurodegenerative diseases

La matrice extracellulaire est constituée d'un réseau tridimensionnel de protéines et de polysaccharides complexes, les glycosaminoglycanes. Elle apporte un support structural aux tissus et aux cellules dont elle est capable de moduler la prolifération, la migration et la différenciation. Nous avons créé une base de données d'interactions extracellulaires protéine-protéine et protéine-glycosaminoglycane, MatrixDB, qui est disponible sur le Web (http://matrixdb.ibcp.fr). Nous avons intégré des données expérimentales, des données issues de l’analyse de la littérature et des données issues de bases de données d'interactions publiquement disponibles. Nous avons respecté les standards de curation et d’échange de données du consortium IMEx dont fait partie MatrixDB. MatrixDB permet la construction et la visualisation de l'interactome extracellulaire entier et de plusieurs types de réseaux d'interactions, spécifiques d'une molécule, d'un tissu, d'une pathologie ou d'un processus biologique. Nous avons ainsi caractérisé le réseau d’interactions extracellulaire associé au vieillissement et mis en évidence le rôle important des glycosaminoglycanes et du calcium dans ce réseau. Nous avons construit le réseau d'interactions d'une matricryptine anti-angiogénique et anti-tumorale, l'endostatine, qui est issue du collagène XVIII. Les analyses structurales et fonctionnelles de ce réseau ont montré que les partenaires de l’endostatine sont majoritairement impliqués dans l’adhésion cellulaire et que les domaines EGF (Epidermal Growth Factor) sont surreprésentés. Cette propriété nous a permis d'identifier expérimentalement d'autres partenaires de l'endostatine possédant un ou plusieurs domaines EGF et de nouvelles fonctions de l’endostatine. Nous avons modélisé les complexes formés par l'endostatine avec deux de ses partenaires pour identifier les sites d'interactions. Ces prédictions, associées aux données expérimentales, ont permis de déterminer des interactions susceptibles d'être établies simultanément par l'endostatine. L'intégration de ces données et des paramètres cinétiques et d'affinité dans le réseau d'interactions de l'endostatine sera utilisée pour proposer un modèle de son mécanisme d'action qui reste mal connu / The extracellular matrix is composed of a tridimensional network of proteins and complex polysaccharides called glycosaminoglycans. It provides a structural support to tissues and modulates cell proliferation, migration and differenciation. We have created a database of protein-protein and proteinglycosaminoglycan extracellular interactions, MatrixDB (http://matrixdb.ibcp.fr). We have integrated experimental data, data issued of the literature curation and data from interaction databases publicly available. We have respected the curation and exchange standards of the IMEx consortium that includes MatrixDB. MatrixDB allows the construction and the visualization of the entire extracellular network and other types of interaction networks specific of a molecule, a tissue, a disease or a biological process. We have characterized the aging-related extracellular interaction network and underlined the important role of glycosaminoglycans and calcium in this network. We have constructed the interaction network of an antitumoral and anti-angiogenic matricryptin, endostatin, issued from collagen XVIII. Functional and structural analysis of their network showed that partners of endostatin are mostly involved in cell adhesion and that EGF domains are overrepresented. This has allowed us to to identify experimentally other partners of endostatin possessing one or more EGF domains and to propose new functions of endostatin. We have modelled complexes formed by endostatin with two of its partners to identify the binding sites.These predictions, associated with experimental data, allowed us to determine interactions able to be established simultaneously by endostatin. Integration of these data and of kinetics and affinity parameters in the interaction network of endostatin will be used to build a model of its mechanism of action that is not fully elucidated

La matrice extracellulaire est composée d’environ 300 protéines et protéoglycanes qui constituent le matrisome et de 800 protéines associées (Naba et al., 2012a) et glycosaminoglycanes. C’est un protéome sous-exploré qui est modifié dans de nombreuses pathologies. Les fragments bioactifs issus de la matrice extracellulaire (matricryptines) sont capables de réguler des processus physiopathologiques et notamment l’angiogenèse et les pathologies cérébrales (Ricard-Blum and Salza, 2014). Environ 90 % des patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA) ont une angiopathie amyloïde cérébrale. L’angiogenèse contribue au déroulement de la MA. Nous nous sommes intéressés à l’endostatine (ES), une matricryptine du collagène XVIII qui possède des activités anti-angiogéniques, anti-tumorales et est également présente dans les plaques amyloïdes chez les patients atteints de la MA. Elle est libérée par les neurones et est capable de former des fibrilles amyloïdes in vitro (Kranenburg et al., 2003). Elle pourrait donc avoir une implication dans la MA. Nous avons montré que l'ES est présente dans le liquide céphalorachidien et que le rapport de sa concentration à celle des marqueurs classiques de la MA permet d’améliorer le diagnostic des patients atteint de démence fronto-temporale (DFT) et de discriminer les patients atteints de MA de ceux atteint de DFT et de pathologie nonMA/nonDFT. Nous avons établi les répertoires d’interactions extracellulaire du peptide -amyloïde (1-42) sous formes monomérique, oligomérique, fibrillaire ou agrégée et montré que l’oligomérisation et la fibrillogenèse augmentent la capacité d’interaction du peptide -amyloïde. Nous avons établi le réseau d’interaction global de l’endostatine par résonance plasmonique de surface en mode imagerie et identifiés 21 nouveaux partenaires de cette matricryptine. Nous avons plus particulièrement caractérisé son interaction avec la Procollagen C-Proteinase Enhancer-1, une protéine dont nous avons montré qu’elle donne naissance à une matricryptine anti-angiogénique. Nous avons enfin construit les réseaux d’interactions extracellulaires spécifiques de l’angiogenèse et de la maladie d’Alzheimer et des processus amyloïdes pour identifier les protéines connectant ces deux processus qui sont des cibles thérapeutiques potentielles. Ces réseaux d’interactions ont été créés à l’aide de 239 interactions que nous avons identifiées expérimentalement et des interactions décrites dans la littérature. Ces données seront à terme disponibles dans la base de données spécifique des interactions extracellulaires créée au laboratoire, MatrixDB, dans la nouvelle version à laquelle nous avons contribué. / The extracellular matrix include approximately 300 proteins and proteoglycans which constitute the matrisome and 800 associated proteins (Naba et al., 2012a) and glycosaminoglycans. It is an under-explored proteome which is modified in many diseases. Extracellular matrix bioactives fragments (matricryptins) are able to regulate physiopathological process like angiogenesis and cerebral disorders (Ricard-Blum and Salza, 2014). About 90 % of patients with Alzheimer's disease (AD) have cerebral amyloid angiopathy. Angiogenesis contributes to the development of AD. We are studying endostatin (ES), a matricryptin of collagen XVIII which has anti-angiogenic and anti-tumoral activities and is also present in amyloid plaques in AD patients. ES is released by neurons and is able to form amyloid fibrils in vitro (Kranenburg et al., 2003). This anti-angiogenic matricryptin could therefore be involved in AD. We have shown that ES is present in the cerebrospinal fluid of AD patients and the ratio of its concentrations to conventional markers of AD improves the diagnosis of patients with frontotemporal dementia (FTD) and discriminate AD patients from those suffering from FTD and pathology noAD/noDFT. We have established the extracellular interactions repertoires of the -amyloid peptide (1-42) in monomeric, oligomeric, fibrillar or aggregated forms and showed that the oligomerization and fibrillogenesis increase the interaction capacity of the -amyloid peptide. We have established the global interaction network of endostatin by surface plasmon resonance imaging and identified 21 new partners of this matricryptin. Specifically, we characterized its interaction with the Procollagen C-Proteinase Enhancer-1, a protein which gives rise to an anti-angiogenic matricryptin. We finally built networks of specific extracellular interactions of angiogenesis and of Alzheimer's disease and amyloid process to identify proteins connecting these two processes that are potential therapeutic targets. These interaction networks have been built using 239 interactions including those we have identified experimentally and those described in the literature. This data will be available in the database specific of extracellular interactions created in the laboratory, MatrixDB, in the new version of which we contributed.