SMCs, IPSCs, Transcriptomique, ATAC-Seq, Protéomique, Locus pléiotropique, Capacité d'enhancement, Matrice extracellulaire

Les maladies cardiovasculaires (MCV) héréditaires sont une cause majeure de morbidité et de mortalité. Les études génétiques de type GWAS ont grandement contribué à identifier de nombreux loci de prédisposition pour les MCV. Cependant, les mécanismes sous-jacents restent indéterminés. Le manque de modèles cellulaires humains pertinents a également limité l'étude des cellules artérielles, en particulier les cellules musculaires lisses (SMC), dont les caractéristiques phénotypiques spécifiques sont difficiles à étudier in vitro. Plusieurs GWAS ont décrit un signal d'association dans le gène LRP1 (low-density lipoprotein receptor-related protein 1), avec notamment la migraine, la fonction pulmonaire, la dysplasie fibromusculaire, la dissection de l'artère cervicale et la dissection spontanée de l'artère coronaire. La biologie des SMCs est centrale pour maintenir l'intégrité artérielle, qui est fréquemment altérée dans ces maladies, en particulier celles impliquant une dissection. Les objectifs de ma thèse étaient 1) de décrire les phénotypes cellulaires, épigénomiques et protéomiques de modèles de SMCs dérivés à partir de cellules souches pluripotentes induites (iPSCs) et 2) d'utiliser ensuite ces modèles pour étudier les mécanismes moléculaires et cellulaires dans le locus LRP1. J'ai d'abord mis en oeuvre deux protocoles de 24 jours utilisant soit RepSox (R-SMCs), un inhibiteur du TGF-ß, soit PDGF-BB et TGF-ß (TP-SMCs). Après validation de la présence de marqueurs SMC spécifique, j'ai constaté que les TP-SMCs présentaient une plus grande capacité de prolifération, de migration mais une plus faible libération de calcium en réponse à des stimuli contractiles par rapport aux R-SMCs. Les données RNASeq combinées à l'analyse de la chromatine accessible (ATAC)-Seq ont montré que FOXF1 et HAND1 sont les principaux facteurs de différenciation par RepSox. Les gènes impliqués dans la fonction contractile étaient fortement exprimés dans les R-SMCs par rapport aux TP-SMCs ou aux SMCs primaires. Les analyses du contenu de la matrice extracellulaire (ECM) par spectrométrie de masse ont montré une surexpression des protéines impliquées dans la réparation dans les TP-SMC et une sécrétion plus importante des constituants de la membrane basale par les R-SMC. Les régions de chromatine ouverte des R-SMCs et des TP-SMCs étaient significativement enrichies en variants associés aux maladies coronariennes et à la pression artérielle. La deuxième partie de ma thèse a été consacrée à l'étude fonctionnelle du locus LRP1. J'ai utilisé CRISPR/Cas9 pour supprimer une région génomique de 100pb centrée sur rs11172113, le variant estimé causal, et pour générer des génotypes homozygotes pour ce variant dans des iPSCs que j'ai ensuite différencié en TP-SMCs. Rs11172113 se trouvait dans une région enhancer qui affecte l'expression de LRP1 et qui est susceptible d'interagir avec les répresseurs de la transcription MECP2 et SNAI1, préférentiellement avec l'allèle C. La délétion de LRP1 a altéré les capacités de prolifération et de migration des cellules, mais n'a eu aucun impact sur les fonctions de contraction ou de libération de calcium. Les données RNA-seq ont indiqué que les gènes exprimés de manière différentielle dans les cellules knockout pour LRP1 étaient enrichis pour les fonctions liées à l'organisation et la structure de l'ECM. L'analyse protéomique a montré que ces cellules sécrétaient plus de SULF1, CYR61 et TIMP3, tous impliqués dans l'organisation de l'ECM. En résumé, mon travail de thèse a appliqué des méthodes épi-génomiques et protéomiques, combinées à des techniques d'édition de génome, afin de caractériser des modèles de SMCs dérivés de iPSCs très pertinents pour la fonction artérielle. Mes travaux ont également permis de mieux comprendre les mécanismes à l'origine de l'association génétique entre le locus LRP1 et plusieurs maladies artérielles et ainsi contribué, par une perspective génétique, à élucider la pathogenèse de ces maladies.