Soutenance mémoire
Rôle physiopathologique des monocytes/macrophages
L’inflammation cardiaque, ainsi que l’œdème et la fibrose, sont des caractéristiques communes à ces nombreuses maladies cardiovasculaires. La recherche au cours des 20 dernières années a démontré que les cellules immunitaires jouent un rôle essentiel dans la réparation et le remodelage cardiaque dans les maladies ischémiques, avec des impacts bénéfiques ou délétères en fonction de la caractéristique de l’infiltrat cellulaire. Récemment, le potentiel thérapeutique de l’immunomodulation dans les maladies cardiovasculaires a été mis en évidence avec la découverte des effets bénéfiques d’un traitement antiinflammatoire ciblant l’interleukine (IL)-1β [1]. Au cours de cette thèse, nous avons évalué des approches innovantes ciblant l’inflammation cardiaque. Ce premier chapitre sera dédié à une présentation générale et brève des cellules immunitaires, suivie par une caractérisation plus en profondeur des deux populations des cellules myéloïdes, les monocytes et macrophages, qui sont au cœur de cette thèse.
Découverte des leucocytes, monocytes et des macrophages
Les leucocytes ont été identifiés pour la première fois en 1843 grâce aux travaux simultanés de Gabriel Andral et de William Addison. Ils ont observé des altérations des leucocytes au cours de diverses pathologies. Ainsi, l’impact potentiel de ces nouvelles cellules suscita un intérêt sur leur fonctionnement.
A la fin du XIXème siècle, l’approche scientifique de la vaccination par Louis Pasteur permet de définir l’immunologie comme la science de la défense de l’organisme contre des agressions externes de l’hôte. Ce sont ensuite les découvertes de Elie Metchnikoff sur la capacité de leucocytes à ingérer des corps étrangers ou des cellules exogènes, soit la capacité de phagocytose, qui établissent les bases de notre compréhension de l’immunité cellulaire, complétant ainsi l’immunité humorale décrite parallèlement par Paul Ehrlich. Ces découvertes sur l’immunité cellulaire et humorale furent récompensées par le prix Nobel de médecine et physiologie de 1908. Depuis, l’immunologie a été partagée en deux branches et a évolué en immunologie non-spécifique ou innée et l’immunologie spécifique ou adaptative. Depuis leur découverte par Gabriel Andral et William Addison, de nombreuses études ont tenté de purifier les leucocytes circulants. Les premières méthodes utilisées consistaient en l’hémolyse des érythrocytes soit par des acides soit par la saponine. La fraction cellulaire récupérée a permis de débuter les investigations biochimiques sur les leucocytes. Le rendement étant faible et la fraction cellulaire étant contaminée par les érythrocytes, les études suivantes ont utilisé le principe de sédimentation différentielle des cellules pour séparer les leucocytes des érythrocytes (Westergren, Wintrobe 1935). Ce principe fut utilisé en 1937 par Fleischmann et Larizza qui obtinrent 2 phases distinctes après centrifugation en cylindre en verre de sang total dilué dans du citrate. Les érythrocytes se retrouvent dans la phase inférieure quand le plasma est retrouvé dans la phase supérieure (Figure 1). Ces deux phases sont séparées par un anneau qui contient les leucocytes. Le rendement étant toujours faible et la contamination par les érythrocytes toujours présente, les méthodes de sédimentation par densité ont été développées à partir de 1947 par Vallée, Hughes et Gibson .
Dès 1949, dans le but d’obtenir une sédimentation plus rapide pour l’isolement des cellules polymorphonucléaires (granulocytes), des expérimentations consistant à ajouter au sang total un agent permettant l’agrégation des érythrocytes tel que du fibrinogène et de l’héparine ont été réalisées. Elles ont permis de maintenir les leucocytes dans la phase du plasma avec une sédimentation des érythrocytes au bout d’une heure. Les leucocytes sont ensuite séparés du plasma par adhérence sur lame [3]. Cette technique a évolué vers une séparation rapide des leucocytes purs avec l’association à partir de 1955 de la phytohemagglutinine au dextran ou au fibrinogène permettant ainsi la sédimentation et l’agglutination des érythrocytes après centrifugation à 200G ce qui a diminué la contamination par les globules rouges (Skoog and Beck 1955). Ce sont ensuite les travaux menés par Arne Bøyum en 1964 qui ont mis au point les différents types de séparation par gradient de densité permettant d’obtenir une fraction contenant les cellules mononuclées du sang ou PBMC (pour Peripheral Blood Mononuclear Cell) comprenant les cellules lymphoïdes d’une part, et les cellules myéloïdes d’autre part, dont les monocytes et les cellules dendritiques.
L’obtention de cette population de PBMC était la condition sine qua none à l’analyse plus poussée des constituants des leucocytes, notamment les monocytes. Dès 1958, Wachtein développe une technique nommée « non-specific esterase » qui permet la reconnaissance des monocytes par l’élimination des lymphocytes déposés sur une lame et l’hydrolyse de l’α naphtyl-butyrate par les monocytes formant ainsi un précipité rouge [6]. Ainsi, c’est la capacité d’adhérence au verre et de phagocytose qui a permis dans un premier temps de sélectionner au sein des leucocytes les monocytes aussi appelés phagocytes mononuclés [7, 8]. Suite à cette possibilité de purification des monocytes et au constat de leur implication dans le développement de certaines pathologies, de nombreuses études ont été menées dans le but de comprendre leurs fonctions et leurs rôles en conditions physiologiques et pathologiques .
Néanmoins, ces méthodes ne permettent pas l’obtention d’une population pure et posent également un problème de reproductibilité rendant difficile l’obtention d’une fraction semblable d’une étude à l’autre et donc une classification fonctionnelle. C’est l’essor de la cytométrie en flux avec des anticorps monoclonaux permettant de marquer différents types cellules qui a permis à Todd et collaborateurs [9] d’identifier un marqueur commun aux cellules constituants la fraction adhérente précédemment décrite. Ce marqueur commun est la molécule de surface Cluster de Différenciation (CD)14. Il s’agit du récepteur du LipoPolySaccharide (LPS) bactérien.
Aujourd’hui, les monocytes sont connus comme des leucocytes circulants, précurseurs de plusieurs populations de cellules dendritiques et de macrophages tissulaires. Ils sont considérés comme des acteurs clés dans la mise en place des réponses immunitaires innées tant en condition physiologiques que pathologiques.
Hétérogénéité monocytaire
Caractérisation de monocytes circulants humains
Les premières études sur les monocytes reposant sur des techniques de centrifugation et d’élutriation ont permis de mettre en évidence une hétérogénéité morphologique (taille, densité, granulosité et morphologie nucléaire) des monocytes distinguant dès lors deux populations distinctes. Fin des années 1980, les études montrant que les populations monocytaires diffèrent phénotypiquement et fonctionnellement se multiplient. Les études de Figdor et collaborateurs décrivent notamment deux sous types de monocytes dans le sang humain qui se différencient par leur morphologie, leur fréquence ainsi que leur profil d’expression des antigènes de surface CD14 (co-récepteur au LPS) et CD16 (Récepteur au fragment FcyIII/ récepteur d’IgG à faible affinité) [10]. Passlick et collaborateurs [11] ajoutent que 5 à 10% des monocytes CD14+ expriment également le CD16. Ainsi initialement deux populations majeures de monocytes sont donc décrites: i) les cellules CD14++CD16neg ou monocytes classiques et ii) les cellules CD14+CD16++ ou monocytes non classiques [11]. Plus récemment, une troisième population est décrite chez l’homme : les monocytes intermédiaires CD14++CD16+ [12]. Ces derniers, bien que CD16 positif comme les monocytes non classiques, diffèrent sur le plan phénotypique et fonctionnel .
|
Table des matières
Introduction
Chapitre 1 : Rôle physiopathologique des monocytes/macrophages
1 Découverte des leucocytes, monocytes et des macrophages
2 Hétérogénéité monocytaire
2.1 Caractérisation de monocytes circulants humains
2.1.1 Monocytes classiques
2.1.2 Monocytes non classiques
2.1.3 Monocytes intermédiaires
2.2 Caractérisation de monocytes circulants murins
2.2.1 Monocytes classiques ou « pro-inflammatoires »
2.2.2 Monocytes non classiques ou « résidents »
2.3 Monocytes comme précurseurs des macrophages tissulaires
3 Trafic monocytaire de la moelle osseuse aux tissus cibles
3.1 Recrutement des monocytes de la moelle osseuse vers le sang
3.2 Recrutement tissulaire des monocytes circulants
4 Diversité des macrophages
4.1 Différence monocytes/ macrophages
4.2 Hétérogénéité phénotypique et fonctionnelle des macrophages
4.2.1 Classification en fonction de l’état d’activation des macrophages
4.2.1.1 Activation classique : macrophages M1
4.2.1.2 Activation alternative : macrophages M2
4.2.2 Classification en fonction de l’activité homéostatique
4.2.3 Expression différentielle de marqueurs spécifiques
4.2.4 Macrophages M4 et plasticité phénotypique
4.2.4.1 Macrophages M4
4.2.4.2 Plasticité phénotypique des macrophages
4.3 Macrophages résidents et macrophages dérivés des monocytes dans le cœur
4.3.1 Macrophages dans le cœur sain
4.3.1.1 Origine des macrophages résidents
4.3.1.2 Rôles des macrophages résidents
4.3.1.3 Phénotype des macrophages résidents cardiaques
4.3.2 Dans le cœur vieillissant
4.4 Epigénétique dans la polarisation et la différenciation cellulaire
Chapitre 2 : Implication des monocytes/macrophages dans la réparation cardiaque après l’IDM
1 L’IDM : définition et données épidémiologiques
1.1 Maladies cardio-vasculaires
1.2 L’IDM
1.3 La prise en charge à la phase aiguë de l’IDM
2 Réparation cardiaque post-IDM
2.1 Nécrose ou apoptose post-ischémique
2.2 Réponse immunitaire post-IDM
2.2.1 La réponse immunitaire post-IDM
2.2.1.1 La phase inflammatoire
2.2.1.2 Phase proliférative/de résolution
2.2.1.3 Phase de maturation
2.2.2 Les acteurs cellulaires de la réponse immune post-IDM
2.2.2.1 Cellules immunitaires résidentes cardiaques
2.2.2.2 Processus dynamique de recrutement des cellules inflammatoires postIDM
2.2.2.3 Les cellules de l’immunité innée
2.2.2.4 Les cellules de l’immunité adaptative
2.2.3 Déterminants moléculaires de la réponse inflammatoire
2.2.3.1 Les cytokines pro-inflammatoires
2.2.3.2 Les cytokines anti-inflammatoires
2.2.3.3 Les chimiokines
2.2.3.4 Les cytokines sont-elles de bonnes cibles thérapeutiques ?
2.2.4 Importance de la cinétique de recrutement des monocytes macrophages post-IDM
2.2.5 Résolution de l’inflammation et cicatrisation
2.2.5.1 Résolution de l’inflammation : transition de la phase inflammatoire à la cicatrisation
2.2.5.2 Cicatrisation physiologique de la lésion post-IDM : rôle des principaux acteurs cellulaires
2.2.5.3 Dernière phase de réparation : Maturation du collagène et implication des myofibroblastes
2.3 Remodelage et régénération cardiaque
2.3.1 Remodelage cardiaque délétère post-IDM
2.3.2 Remodelage cardiaque et modification de la morphologie du cœur
2.3.3 Remodelage cardiaque, fibrose et hypertrophie des cardiomyocytes
2.4 Cibler les populations de monocytes/macrophages : potentiel thérapeutique pour une meilleure réparation cardiaque
2.4.1 Echec des thérapies anti-inflammatoires et pro-angiogéniques
2.4.1.1 Intérêts de l’angiogenèse thérapeutique
2.4.1.2 Intérêts des thérapies anti-inflammatoires
2.4.2 Intérêt de moduler le phénotype des cellules inflammatoires : promouvoir la résolution de l’inflammation par thérapie cellulaire utilisant les macrophages
Chapitre 3 : Mécanismes épigénétiques de régulation de la fonction et de la polarisation des macrophages
1 Généralités
1.1 Définition et concept d’épigénétique
1.2 La chromatine, support de l’information génétique
1.2.1 Composition et structure de la chromatine
1.2.2 Structure de la chromatine et activité transcriptionnelle
2 Modifications épigénétiques et enzymes épigénétiques
2.1 Les principales modifications épigénétiques
2.2 La méthylation de l’ADN
2.2.1 Les méthyltransférases de l’ADN sont responsables de la mise en place de méthylation de l’ADN
2.2.2 La génération de profils de méthylation aberrants génère de nombreuses pathologies
2.2.3 La déméthylation active de l’ADN fait intervenir différentes familles d’enzymes
2.3 Modifications Post-traductionnelles des histones
2.3.1 Structure des histones et code des histones
2.3.2 Méthylation des queues des histones et enzymes de modification des histones
2.3.2.1 La méthylation des histones concerne les résidus lysine et arginine
2.3.2.2 Les méthylations des histones sont catalysées par des enzymes spécifiques
2.3.2.3 Les déméthylations des histones sont catalysées par des enzymes antagonistes des HMTs
2.3.2.4 H3K4me3 et H3K27me3
Conclusion
