Connexin37-Dependent Mechanism Alters Angiogenesis and Vascular Maturation in the Developing Mouse Retina

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State: Public
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Serval ID
serval:BIB_5E6844C33C73
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
Connexin37-Dependent Mechanism Alters Angiogenesis and Vascular Maturation in the Developing Mouse Retina
Author(s)
HAMARD Lauriane
Director(s)
Haefliger Jacques-Antoine
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Publication state
Accepted
Issued date
2020
Language
english
Abstract
Les jonctions communicantes de type « gap » permettent aux cellules adjacentes de communiquer entre elles et d’échanger des métabolites, des ions et des messagers secondaires. Ces canaux intercellulaires sont formés de protéines appelées connexines (Cxs). La Cx37 est notamment exprimée dans les cellules endothéliales et contribue à réguler la structure et la coordination du tonus vasculaire. Dans ce travail, nous avons caractérisé le rôle de cette protéine dans l'angiogenèse développementale. En utilisant le modèle de néovascularisation de la rétine chez des souris déficientes en Cx37 (Cx37-/-), nous avons montré que la Cx37 contribue activement à l'angiogenèse développementale. La croissance du plexus vasculaire superficiel de la rétine est temporairement réduite jusqu’à 6 jours après la naissance chez les souris Cx37-/- par rapport aux souris sauvages (WT) du même âge. Nous avons aussi observé une augmentation de la densité vasculaire uniquement dans le réseau capillaire d’origine veineuse dans la partie de la rétine où l’angiogenèse est la plus active. Cette différence est associée à une augmentation de la prolifération des cellules endothéliales d’origine veineuse, ainsi qu’à une augmentation du nombre de cellules permettant une migration orientée des cellules endothéliales formant les vaisseaux, appelées « tip cells ».
L’étude des mécanismes moléculaires a mis en évidence une augmentation de l’expression de la protéine EphB4 présente uniquement au niveau veineux ainsi qu'une augmentation de la forme phosphorylée de ERK qui pourrait participer à la spécificité des altérations observées au niveau veineux. Nous avons également documenté une diminution du nombre des artères et veines principales qui forment le plexus vasculaire superficiel. En étudiant la maturation des néovaisseaux, nous avons observé que le nombre de cellules murales est diminué dans les rétines Cx37-/-. Ce défaut dans le recrutement des cellules murales a été confirmé en utilisant le surnageant de cellules endothéliales humaines (HUVEC) exprimant ou non la Cx37. Cette étude a montré une migration altérée de péricytes humains en association avec des niveaux d’expression de la protéine PDGF-B (signal attractif sur les cellules murales) diminués alors que ceux de la protéine Angiopoïétine-2 (Ang-2, signal répulsif sur les cellules murales) étaient augmentés, expliquant la diminution de la quantité de cellules murales observées chez les souris Cx37-/-.
Une étude ayant démontré que la Cx37 et la voie de signalisation Notch étaient associés, nous avons confirmé que l'injection de DAPT (un inhibiteur de cette voie de signalisation) chez des souris WT conduisait à des anomalies vasculaires similaires à celles des souris Cx37-/-. En outre, les niveaux d’Ang-2 sécrété, mais pas ceux de PDGF-B, étaient également modifiés après le traitement DAPT, suggérant une nouvelle voie de signalisation « Notch-Cx37-Ang-2 » impliquée dans le recrutement des cellules murales.
Finalement, notre étude a révélé une persistance des vaisseaux hyaloïdes (vaisseaux temporaires qui assurent l’apport d’oxygène et de nutriments avant l’apparition des vaisseaux rétiniens) chez les jeunes souris adultes en absence de Cx37 corrélée à une diminution de l’apoptose des cellules endothéliales. L’étude des mécanismes moléculaires associés à cette observation est en cours d’évaluation.
Collectivement, nos données montrent que la Cx37 participe à la régulation de la croissance et la maturation des vaisseaux et peut donc représenter une nouvelle cible thérapeutique pour le traitement de l'angiogenèse pathologique.
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Gap junctions are intercellular channels that allow the direct diffusion of ions and small molecules between adjacent cells. These channels accumulate into membranous plaques and are formed by head-to-head docking of hexameric assemblies (connexons) of connexins (Cxs). These channels have pore diameters large enough to ensure passage of ions and multiple second messengers (e.g. K+, Ca2+, ATP, cAMP, cGMP or IP3). Cellular communication allows cells to review the functional state of their neighbors, thus playing a critical role in the maintenance of tissue/organ homeostasis in multicellular organisms. The endothelial Connexin37 (Cx37) forms intercellular channels that contribute to regulate the structure and coordinate the vasomotor tone of vessels. We characterized the participation of this protein during developmental angiogenesis, using the neovascularization model of the mouse neonatal retina in Cx37 deficient mice (Cx37-/-). Genetic deletion of Cx37, leads to a transient lower vascular coverage of the superficial vascular network at post-natal days 4 (P4) until P6 compared to WT littermates. We observed a specific overdevelopment of the venous microvascular network but not of the arterial network of the superficial plexus, associated with an increased endothelial cell (EC) proliferation and sprouting event. We highlighted an increase in the EphB4 protein levels as well as an increase in the ERK phosphorylation levels that may explain the venous specific alterations. We also discovered a decrease in the number of main arteries and veins. Moreover, we documented alterations in the maturation of neovessels as mural cells coverage was markedly decreased in Cx37-/- retinas, in both arterial and venous compartments suggesting a defect in the secretory process. The defect in the mural cells recruitment was further validated using supernatant of human endothelial cells (HUVEC) expressing or not Cx37 to show altered human pericyte migration. We documented that PDGF-B protein levels were decreased whereas Angiopoietin-2 protein levels were increased explaining the reduced mural cell coverage observed in Cx37-/- mice. A recent study demonstrated that Cx37 and the Notch signaling pathway are related. We confirmed that DAPT injection, an inhibitor of the Notch pathway, in WT mice, led to vascular abnormalities in these mice similar to those observed in Cx37-/- mice. We also showed that Ang-2, but not PDGF-B, was altered after DAPT treatment, providing a potential new Notch-Cx37-Ang-2 pathway involved in the recruitment of mural cells. These findings document that Cx37 is involved in the developmental angiogenesis of retina, possibly via an interaction with the Notch pathway. They further imply that Cx37 contributes to control the growth and maturation of neo-vessels, specifically by modulating the identity of tip and stalk cells, and the EC coverage by mural cells. Additional experiments on young adult Cx37-/- mice revealed a persistence in the hyaloid vasculature, which may be due to an interaction of Cx37 with the apoptotic pathway. However, the exact mechanism remains to be determined and is currently under investigations. Collectively, our data show that endothelial Cx37 regulates vessel growth and maturation and this connexin may represent a valuable target for treatments against pathological ocular angiogenesis.
Create date
08/09/2020 11:15
Last modification date
16/10/2020 5:34
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