Abnormal vascular smooth muscle cell (VSMC) proliferation is thought to play an important role in the pathogenesis of atherosclerosis. Adipocytes produce several paracrine bioactive substances that can affect VSMC growth and migration. Our study focused on the ability of epicardial adipocytes to produce bioactive substances together with studying of direct effect of these substances on the VSMC proliferation rate. The gene expression of human cytokines (IL-6, IL-8, IL-18, RANTES and MCP-1) and adipokines (leptin and adiponectin) was measured in primary cell lines of epicardial and visceral adipocytes, both in undifferentiated and mature statuses. Moreover, adipokine production (IL-6, IL-8, MCP-1, VEGF and adiponectin) in conditioned media obtained from above mentioned primary cell cultures of adipocytes was measured by a Luminex assay. The VSMC proliferation rate was measured after co-culturing with CM obtained from primary cell cultures of adipocytes. The epicardial preadipocytes showed an increased expression of IL-8 (3,25-fold, p<0,05) compared with visceral preadipocytes. The expression of the adiponectin in epicardial preadipocytes was markedly decreased in comparison of the expression in visceral preadipocytes (p< 0,0001). Moreover, the gene expression was dependent on the differentiation...

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This work identifies the Fragile X-related protein (FXR1) as a reciprocal regulator of HuR target transcripts in vascular smooth muscle cells (VSMC). FXR1 was identified as an HuR interacting protein by liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). The-HuR-FXR1 interaction is abrogated in RNase-treated extracts, indicating that their association is tethered by mRNAs. FXR1 expression is induced in diseased, but not normal arteries. SiRNA knock down of FXR1 increases abundance and stability of inflammatory mRNAs, while overexpression of FXR1 reduces their abundance and stability. RNA-EMSA and RIP demonstrate that FXR1 directly interacts with an ARE and a previously uncharacterized element in the 3’UTR of TNFa. FXR1 expression is increased in VSMC challenged with the anti-inflammatory cytokine IL-19, and FXR1 is required for IL-19 reduction of HuR. This suggests FXR1 is an anti-inflammation responsive, HuR counter-regulatory protein that reduces abundance of pro-inflammatory transcripts. Additionally, we observed significantly increased poly-A-Binding protein (PABP) expression localizing to discrete punctate structures in both vascular smooth muscle (VSMC) and endothelial cells (EC) of the aortic arch of Ldlr-/- mice, as compared to WT controls. EIF2α phosphorylation, requisite for SG formation, was also induced by clotrimazole and oxLDL in these cells. Interestingly, VSMCs pre-treated with anti-inflammatory cytokine IL-19 followed by clotrimazole significantly reduced the formation of SGs and eIF2a phosphorylation, suggesting a relationship between inflammation and SG formation in vascular cells. Reduction of SG component G3BP1 by siRNA knockdown significantly reduced stress granule formation and inflammatory gene abundance in hVSMC. Microtubule inhibitors reduced SG formation in hVSMC. These results support the hypothesis that SG formation in atherosclerosis is driven by inflammation, SG may mediate the cellular response to inflammation, and that anti-inflammatory treatment may lessen atherosclerosis progression and plaque formation by reduction of SGs. / Biomedical Sciences

La sclérose systémique (ScS) est une maladie auto-immune dévastatrice d'étiologie inconnue. Le dysfonctionnement immunitaire, la fibrose et la vasculopathie sont les trois principales caractéristiques de cette maladie. Une récente étude a révélé un nouveau lien entre l'auto-immunité et la fibrose, par la présence d'auto-anticorps stimulant le récepteur du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGFR) des fibroblastes. Ces auto-anticorps sont capables de stimuler les espèces réactives de l'oxygène et d’activer la kinase régulée par un signal extracellulaire (ERK1/2). L’hypothèse que nous formulons est que les cellules musculaires lisses vasculaires (VSMCs) exprimant conjointement les PDGFR, répondront elles aussi aux autoanticorps anti-PDGF-R. Le travail présenté ici vise à valider la présence d'auto-anticorps PDGFR dans les sérums de patients ScS, et à caractériser ensuite la réponse de VSMCs exposées à de l'immunoglobuline G (IgG) de ces sérums, en mesurant l’activation des cascades de signalisation spécifiques, ainsi que l'induction des gènes impliqués dans la réponse fibrotique. Nos résultats démontrent la présence d'une fraction IgG stimulant une réponse phénotypique dans les cultures de VSMCs. Notamment, d’importantes régulations positive et négative des gènes pro-fibrotiques tgfb1 et tgfb2 respectivement, ont été observées dans les VSMCs exposées à des fractions de ScS-IgG. Les fractions de IgG positives pour l'activation de ERK étaient présentes dans la plupart, mais pas dans tous les échantillons de SSc (68%, 19/28), et moins présentes dans les contrôles 27% (11/3). Bien que, les fractions de SSc-IgG ont pu considérablement immunoprécipiter le PDGFR, l'utilisation d'un inhibiteur spécifique des récepteurs au PDGF (AG1296), n'a pas inhibé l'activation de ERK médiée par les fractions de SSc-IgG. Globalement, nos résultats indiquent la présence d'autoanticorps stimulants avec activité pro-fibrotique dans les sérums des patients ScS. Des travaux sont en cours pour identifier l'entité moléculaire responsable de la réponse d’IgG observée dans les cultures de VSMCs. / Systemic Sclerosis (SSc) is a devastating autoimmune disease of unknown etiology. Immune dysfunction, fibrosis and vasculopathy are the three major features of the disease; however, the interactions between these components are poorly understood. A novel link between autoimmunity and fibrosis has been proposed by the presence of stimulatory autoantibodies to the platelet-derived growth factor receptor (PDGFR) on fibroblasts. These autoantibodies were capable of stimulating reactive oxygen species and subsequent activation of ERK1/2. If the anti-PDGFR autoantibodies are present in the systemic circulation of SSc patients, they will most certainly encounter vascular smooth muscle cells (VSMCs). The latter are known to express the PDGFR and response to PDGF, which is a known phenotypic modulator of VSMCs. The work presented here seeks to readdress the presence of stimulatory anti-PDGFR autoantibodies in serum derived from SSc-patients and to characterize the effects of SSc-IgG on VSMCs by measuring the activation of specific signaling cascades and the induction of genes involved in fibrotic responses. Our results demonstrate the presence of an IgG fraction stimulating a phenotypic response in cultured VSMCs. Notably, a significant up-regulation of the pro-fibrotic gene tgfb1 and a significant down-regulation of the anti-fibrotic gene tgfb2 were observed in VSMC exposed to SSc-IgG fractions. Positive IgG fractions for ERK activation were present in most, but not all, SSc samples (68%, 19/28), and they were less present in controls (27%) (3/11). Although, the SSc-IgG fractions were able to significantly immunoprecipitate the PDGFR, the use of a selective PDGFR inhibitor, AG1296, did not inhibit the activation of ERK mediated by SSc-IgG fractions. Altogether, our findings suggest the presence of stimulatory autoantibodies with profibrotic activity in serum derived form SSc patients. Work is in progress to identify the molecular entity responsible for the IgG response observed in cultured VSMCs.

La « semicarbazide-sensitive amine oxidase » (SSAO) catalyse la déamination oxydative des amines primaires en aldéhyde, peroxyde d’hydrogène et ammoniac. Elle participe à la différenciation cellulaires, l’inflammation et la transmigration leucocytaire à travers l’endothélium lymphatique. Nos objectifs ont été d’étudier le rôle de la SSAO (i) dans la différenciation chondrocytaire hypertrophique, en relation avec le développement de l’arthrose en utilisant des chondrocytes de rat en culture primaire et des genoux arthrosiques de patients (ii) dans le développement de l’athérosclérose en invalidant des souris ApoE-/- qui développent naturellement l’athérosclérose pour le gène de la SSAO. Au niveau articulaire, la SSAO a été détectée dans le cartilage de rat et humain. In vitro, la SSAO (activité et expression) augmentent au cours de la différenciation terminale de chondrocytes de rat. Son inhibition par le LJP1586 entraîne un retard de différenciation chondrocytaire. La SSAO augmente également dans les zones arthrosiques du cartilage humain parallèlement à l’augmentation de l’hypertrophie. La SSAO jouerait donc un rôle dans la différenciation terminale des chondrocytes (hypertrophie) possiblement via le transport de glucose et dans le développement de la maladie. Au niveau vasculaire, les souris femelles ApoE-/-SSAO-/- de 25 semaines présentent une augmentation de la surface des plaques d’athérome par rapport aux ApoE-/-. Ceci est associée à une diminution de l’expression d’α-actine dans le média sous les plaques et de smMHC dans l’aorte abdominale (AA) sans modification ni de l’infiltration des lymphocytes T; ni des monocytes/ macrophages dans la paroi artérielle, ni du profil cytokinique pro-/anti-inflammatoire dans la rate. A 15 semaines, les souris femelles ApoE-/-SSAO-/-, sm-MHC a diminué dans les AA de ces souris par rapport aux ApoE-/- ainsi qu’une réorientation du trafic des cellules immunitaires vers la paroi aortique sans modification significative de la surface des plaques a été détecté. La SSAO jouerait donc un rôle précoce dans le développement de l’athérosclérose via une modification du trafic des cellules immunitaires et du phénotype des CML dans la paroi / The semicarbazide-sensitive amine oxidase (SSAO) catalyzes the oxidative deamination of primary amines into aldehydes, hydrogen peroxide and ammonia. The SSAO was implicated in cellular differentiation, inflammation and transmigration of leukocyte through the lymphatic. The objectives of this work were to study the role of SSAO (i) in chondrocyte differentiation and in the development of osteoarthritis using rat chondrocyte primary cell culture and osteroarthritic samples from patients. (ii) in the development of atherosclerosis using ApoE-/- mice, which develop naturally atherosclerosis, invalidated for the SSAO gene. Concerning the articulation, the SSAO (expression and activity) was detected in the rat and human cartilage. In vitro, SSAO increases during chondrocyte terminal differentiation (hypertrophy) and the inhibition of its activity by LJP1586, decreases the level of differentiation. In human arthritic cartilage, SSAO was higher that in healthy cartilage, in association with an increase in hypertrophic markers. The SSAO plays a role in the terminal differentiation of chondrocytes and might be involved in the development of osteoarthritis. At the vascular level, 25 week-old female ApoE-/-SSAO-/- mice presented a 50% increase in plaque surface associated with an 80% decrease in α-actin expression in the media of aortic sinus and a decrease in sm-MCH in abdominal aortas (AA) compared to ApoE-/- mice. These results were not due neither to a modification of monocytes/ macrophages, Tcell infiltration in the plaque nor in a pro- or anti-inflammatory cytokine change in spleen. In 15 week-old ApoE-/-SSAO-/- mice, even if no modification of plaque surface was found, a decrease in sm-MHC was noticed in the AA from ApoE-/-SSAO-/- compare to ApoE-/- mice. More over, the immune cell trafficking was increased in the aortic wall of ApoE-/-SSAO-/- compared to ApoE-/- mice. Thus, SSAO is involved in the early development of atherosclerosis in changing the immune cell trafficking and the VSMC phenotype

La rigidité artérielle et la fibrose ont une valeur prédictive dans le développement des maladies cardiovasculaires (CV). Ces 2 phénotypes impliquent les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) notamment des récepteurs membranaires et les protéines du cytosquelette. Les objectifs ont été d’étudier : (i) l’influence du récepteur minéralocorticoïde (MR) sur la réactivité vasculaire, (ii) le rôle de l’intégrine αvβ3 dans le développement de la rigidité artérielle et la fibrose vasculaire, et (iii) l’impact de la vimentine et la synémine sur la structure et la fonction artérielle. Ces trois études ont utilisées des souris avec invalidation génétiques des protéines d’intérêt. Résultats : l’absence du MR diminue la réactivité vasculaire en altérant le couplage contraction/relaxation des CMLVs via des mécanismes Ca2+- et NO-dépendants (une diminution de la vasoconstriction en réponse au Ca2+ extracellulaire et une altération de la vasorelaxation endothélium-dépendante en réponse à l’acétylcholine). L’invalidation de la sous-unité αv prévient la fibrose en réponse à l’administration d’angiotensine II. L’absence de la vimentine et non celle de la synémine augmente la rigidité artérielle via des changements des adhésions focales des CMLVs mais aussi des cellules endothéliales. En conclusion, les récepteurs membranaires et protéines intracellulaires étudiées influencent la fonction et la structure des artères grâce à des actions spécifiques sur le tonus musculaire, la mécanotransduction et l’organisation ultra-structurale des CMLVs. Ces études montrent au niveau cellulaire et moléculaire le déterminisme plurifactoriel des phénotypes de rigidité-fibrose de la paroi artérielle. Ces résultats nécessitent des travaux plus mécanistiques pour affirmer l’implication de ces protéines dans les maladies CV liées au vieillissement / Arterial stiffness and fibrosis have a predictive value in the development of cardiovascular diseases (CV). These two phenotypes involve vascular smooth muscle cells (VSMCs) including membrane receptors and cytoskeletal proteins. The objectives were to examine: (i) the influence of the mineralocorticoid receptor (MR) on vascular reactivity, (ii) the role of avb3 integrin in the development of arterial stiffness and vascular fibrosis, and (iii) the impact of vimentin and synemin on arterial structure and function. The mice with genetic invalidation of the proteins of interest were used in these three studies. Results: the absence of MR decreased vascular reactivity by altering the contraction/relaxation coupling of VSMC through Ca2+- and NO-dependent mechanisms (a decrease of vasoconstriction in response to extracellular Ca2+ and impaired endothelium-dependent vasorelaxation in response to acetylcholine). The invalidation of the αv subunit prevented fibrosis in response to the administration of angiotensin II. The absence of vimentin, and not that of the synemin, increased arterial stiffness via changes in focal adhesions of VSMCs as well as endothelial cells. In conclusion, the studied membrane receptors and intracellular proteins that influenced the structure and function of arteries through specific actions on muscle tone, the mechanotransduction and the ultra-structural organization of VSMCs. These studies show the multifactorial dependency of the stiffness-fibrosis phenotypes of the arterial wall at the cellular and molecular levels. These results require more mechanistic work to determine the role of these proteins in CV diseases related to aging

Chez les patients souffrant d'insuffisance rénale chronique, les calcifications vasculaires représentent la première cause de mortalité. Elles résultent de la trans-différenciation des cellules musculaires lisses (CMLs) en cellules de type ostéoblastique et/ou chondrocytaire, en réponse à des cytokines inflammatoires ou à une hyperphosphatémie. Les CMLs forment alors des cristaux par l'activité de la phosphatase alcaline non-spécifique du tissu (TNAP). A la lumière de résultats récents, nous avons émis l'hypothèse que la TNAP module la trans différenciation des CMLs. Nos objectifs étaient donc de déterminer l'effet de la TNAP dans la trans-différenciation des CMLs, et d'étudier les mécanismes impliqués dans son induction, avec un intérêt particulier pour les microRNAs. Nous avons observé que l'ajout de phosphatase alcaline purifiée ou la surexpression de TNAP stimule l'expression de marqueurs chondrocytaires en culture de CMLs et de cellules souches mésenchymateuses. De plus, l'inhibition de la TNAP bloque la maturation de chondrocytes primaires. Nous excluons un rôle des cristaux formés par la TNAP, puisque l'ajout de cristaux seuls ou associés à une matrice collagénique n'a pas reproduit les effets de la TNAP. Nous suspectons que la TNAP agit en hydrolysant le pyrophosphate inorganique (PPi). En effet, c'est la TNAP qui hydrolyse le PPi en culture de CMLs et de chondrocytes, et le PPi mime les effets de l'inhibition de TNAP en culture de chondrocytes. Enfin, nous rapportons le profil de microRNA des artères cultivées en conditions hyperphosphatémiques. Ces résultats pourraient être particulièrement importants dans le développement de nouvelles approches thérapeutiques / In patients with chronic kidney disease (CKD), vascular calcification represents the main cause of mortality. Vascular calcification results from the trans-differentiation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) into cells similar to osteoblasts and/or chondrocytes, in response to inflammatory cytokines or hyperphosphatemia. Calcifying VSMCs form calcium phosphate crystals through the activity of tissue nonspecific alkaline phosphatase (TNAP). In light of recent findings, we hypothesized that TNAP also modulates VSMC trans-differentiation. Our objectives were therefore to determine the effect of TNAP activity on VSMC trans-differentiation, and secondly to investigate the molecular mechanisms involved in TNAP expression in aortas, with a particular interest in microRNAs. We first observed that addition of purified alkaline phosphatase or TNAP over-expression stimulates the expression of chondrocyte markers in culture of the mouse and rat VSMC lines, and of mesenchymal stem cells. Moreover, TNAP inhibition blocks the maturation of mouse primary chondrocytes and reduces mineralization. We exclude a role for crystals in TNAP effects, since addition of crystals alone or associated to a collagenous matrix fails to mimic TNAP effects. We rather suspect that TNAP acts through the hydrolysis of inorganic pyrophosphate (PPi). Indeed, PPi is hydrolyzed by TNAP in VSMCs and chondrocytes and addition of PPi mimics the effects of TNAP inhibition on chondrocyte maturation. Finally, we report microRNA signature of aortic explants treated under hyperphosphatemic conditions that induce vascular calcification. These results could be of particular importance in patients with CKD

La sclérose systémique (ScS) est une maladie auto-immune dévastatrice d'étiologie inconnue. Le dysfonctionnement immunitaire, la fibrose et la vasculopathie sont les trois principales caractéristiques de cette maladie. Une récente étude a révélé un nouveau lien entre l'auto-immunité et la fibrose, par la présence d'auto-anticorps stimulant le récepteur du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGFR) des fibroblastes. Ces auto-anticorps sont capables de stimuler les espèces réactives de l'oxygène et d’activer la kinase régulée par un signal extracellulaire (ERK1/2). L’hypothèse que nous formulons est que les cellules musculaires lisses vasculaires (VSMCs) exprimant conjointement les PDGFR, répondront elles aussi aux autoanticorps anti-PDGF-R. Le travail présenté ici vise à valider la présence d'auto-anticorps PDGFR dans les sérums de patients ScS, et à caractériser ensuite la réponse de VSMCs exposées à de l'immunoglobuline G (IgG) de ces sérums, en mesurant l’activation des cascades de signalisation spécifiques, ainsi que l'induction des gènes impliqués dans la réponse fibrotique. Nos résultats démontrent la présence d'une fraction IgG stimulant une réponse phénotypique dans les cultures de VSMCs. Notamment, d’importantes régulations positive et négative des gènes pro-fibrotiques tgfb1 et tgfb2 respectivement, ont été observées dans les VSMCs exposées à des fractions de ScS-IgG. Les fractions de IgG positives pour l'activation de ERK étaient présentes dans la plupart, mais pas dans tous les échantillons de SSc (68%, 19/28), et moins présentes dans les contrôles 27% (11/3). Bien que, les fractions de SSc-IgG ont pu considérablement immunoprécipiter le PDGFR, l'utilisation d'un inhibiteur spécifique des récepteurs au PDGF (AG1296), n'a pas inhibé l'activation de ERK médiée par les fractions de SSc-IgG. Globalement, nos résultats indiquent la présence d'autoanticorps stimulants avec activité pro-fibrotique dans les sérums des patients ScS. Des travaux sont en cours pour identifier l'entité moléculaire responsable de la réponse d’IgG observée dans les cultures de VSMCs. / Systemic Sclerosis (SSc) is a devastating autoimmune disease of unknown etiology. Immune dysfunction, fibrosis and vasculopathy are the three major features of the disease; however, the interactions between these components are poorly understood. A novel link between autoimmunity and fibrosis has been proposed by the presence of stimulatory autoantibodies to the platelet-derived growth factor receptor (PDGFR) on fibroblasts. These autoantibodies were capable of stimulating reactive oxygen species and subsequent activation of ERK1/2. If the anti-PDGFR autoantibodies are present in the systemic circulation of SSc patients, they will most certainly encounter vascular smooth muscle cells (VSMCs). The latter are known to express the PDGFR and response to PDGF, which is a known phenotypic modulator of VSMCs. The work presented here seeks to readdress the presence of stimulatory anti-PDGFR autoantibodies in serum derived from SSc-patients and to characterize the effects of SSc-IgG on VSMCs by measuring the activation of specific signaling cascades and the induction of genes involved in fibrotic responses. Our results demonstrate the presence of an IgG fraction stimulating a phenotypic response in cultured VSMCs. Notably, a significant up-regulation of the pro-fibrotic gene tgfb1 and a significant down-regulation of the anti-fibrotic gene tgfb2 were observed in VSMC exposed to SSc-IgG fractions. Positive IgG fractions for ERK activation were present in most, but not all, SSc samples (68%, 19/28), and they were less present in controls (27%) (3/11). Although, the SSc-IgG fractions were able to significantly immunoprecipitate the PDGFR, the use of a selective PDGFR inhibitor, AG1296, did not inhibit the activation of ERK mediated by SSc-IgG fractions. Altogether, our findings suggest the presence of stimulatory autoantibodies with profibrotic activity in serum derived form SSc patients. Work is in progress to identify the molecular entity responsible for the IgG response observed in cultured VSMCs.

Vascular smooth muscle cell (VSMC) accumulation is a hallmark of atherosclerosis and vascular injury. However, fundamental aspects of proliferation and the phenotypic changes within individual VSMCs, which underlie vascular disease remain unresolved. In particular, it is not known if all VSMCs proliferate and display plasticity, or whether individual cells can switch to multiple phenotypes. To assess whether proliferation and plasticity in disease is a general characteristic of VSMCs or a feature of a subset of cells, multi-colour lineage labelling is used to demonstrate that VSMCs in injury-induced neointimal lesions and in atherosclerotic plaques are oligo-clonal, derived from few expanding cells, within mice. Lineage tracing also revealed that the progeny of individual VSMCs contribute to both alpha Smooth muscle actin (aSma)-positive fibrous cap and Mac-3-expressing macrophage-like plaque core cells. Co-staining for phenotypic markers further identified a double-positive aSma+ Mac3+ cell population, which is specific to VSMC-derived plaque cells. In contrast, VSMC-derived cells generating the neointima after vascular injury generally retained expression of VSMC markers and upregulation of Mac3 was less pronounced. Monochromatic regions in atherosclerotic plaques and injury-induced neointima did not contain VSMC-derived cells expressing a different fluorescent reporter protein, suggesting that proliferation-independent VSMC migration does not make a major contribution to VSMC accumulation in vascular disease. Similarly, VSMC proliferation was examined in an Angiotensin II perfusion model of aortic aneurysm in mice, oligo-clonal proliferation was observed in remodelling regions of the vasculature, however phenotypic changes were observed in a large proportion of VSMCs, suggesting that the majority of VSMCs have some potential to modulate their phenotype. To understand the mechanisms behind the inherent VSMC heterogeneity and observed functionality, the single cell transcriptomic techniques Smart-seq2 and the Chromium 10X system were optimized for use on VSMCs. The work within this thesis suggests that extensive proliferation of a low proportion of highly plastic VSMCs results in the observed VSMC accumulation after injury, and the atherosclerotic and aortic aneurysm models of cardiovascular disease.