Heme and iron metabolism in retinopathy of prematurity

Retinopathy of prematurity (ROP) is a leading cause of blindness in children. The hallmark of ROP is the invasion of misguided proliferating neovessels, also called tufts, in the vitreous body. Such pathologic neovascularization (NV) is thought to be the result of excessive vascular endothelial growth factor (VEGF) secretion by macroglial cells, transcribed under the control of the hypoxia inducible factor 1α (HIF-1α). Conditions resulting in the stabilization of HIF-1α in astrocytes and Müller cells (macroglia) would, therefore, contribute to pathologic NV in ROP. Low intracellular iron was recently shown to stabilize HIF-1α. Here we study heme and iron metabolism in a mouse model of ROP – oxygen induced retinopathy (OIR). Using single-cell transcriptomics, we provide evidence of increased iron export in macroglia and increased iron storage in microglia, the resident macrophages of the retina. Heme released following vascular injury in ROP triggers heme oxygenase 1 (Hmox1) and ferritin expression, together increasing iron storage. As a result, more iron is exported by macroglial cells, which lowers intracellular iron and stabilizes HIF-1α. In line with this mechanism, Hmox1 inhibition in OIR significantly reduced pathologic NV. Heme metabolism, therefore, partakes in the pathogenesis of proliferative retinopathy, offering novel therapeutic targets to prevent vision loss in premature infants.La rétinopathie du prématuré (RDP) est une des principales causes de cécité chez les enfants. La caractéristique sémiologique principale de la RDP est l'invasion du corps vitré par la prolifération de néo-vaisseaux aberrants. Cette néovascularisation (NV) pathologique est le résultat d'une sécrétion excessive de facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF) par les cellules macrogliales de la rétine, transcrit sous le contrôle du facteur inductible par l'hypoxie (HIF1α). Les conditions résultant de la stabilisation de HIF1α dans les astrocytes et cellules de Müller (macroglie) contribueraient donc à la NV pathologique dans la RDP. Une diminution du fer intracellulaire engendre une stabilisation de HIF1α. Cette thèse examine le métabolisme de l'hème et du fer dans un modèle murin de RDP - le modèle de rétinopathie induite par l'oxygène (RIO). En examinant le transcriptome de cellules individuelles, nous démontrons une augmentation de l'exportation de fer par les macroglies et une augmentation du stockage du fer dans la microglie, le macrophage résident de la rétine. L'hème libéré suite à une lésion vasculaire dans la ROP déclenche l'hème oxygénase 1 (Hmox1) et l'expression de la ferritine, augmentant ainsi le stockage du fer. En conséquence, plus de fer est exporté par les cellules macrogliales, ce qui abaisse le fer intracellulaire et stabilise HIF1α. En support de ce mécanisme, l'inhibition de Hmox1 dimiue significativement la NV pathologique dans le modèle de rétinopathie proliférative murin (RIO). Le métabolisme de l'hème participe donc à la pathogenèse de la rétinopathie proliférative, offrant de nouvelles cibles thérapeutiques pour prévenir la perte de vision chez les enfants nés prématurément