Molecular mechanisms of vascular smooth muscle cell trans-differentiation and calcification in atherosclerosis

Chez les patients atteints d'athérosclérose, les calcifications vasculaires sont une caracteristique des plaques d'athérome. Elles résultent de la trans-différenciation des cellules musculaires lisses (CMLs) en cellules de type ostéoblastique et/ou chondrocytaire, notamment en réponse à des cytokines inflammatoires. 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. 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 avons observé un rôle des cristaux formés par la TNAP, puisque l'ajout de cristaux seuls ou associés à une matrice collagénique a reproduit les effets de la TNAP. Nous suspectons que la TNAP agit en hydrolysant le PPi et en générant des cristaux. Ces cristaux ensuite induisent l'expression du facteur ostéogénique BMP-2 et l'inhibition des effets de la BMP-2 annule les effets de la TNAP. De plus, nous étions intéressés par les la localisation et la fonction de marqueurs de minéralisation comme les annexines en parallèle de la TNAP. Nous avons observé que l'activité TNAP des CMLs induit la minéralisation en grande partie quand la TNAP est associée aux vésicules matricielles et au fibres de collagèneVascular calcification (VC) is a hallmark of atherosclerosis plaques. Calcification (formation of apatite) of advanced lesions share common features with endochondral ossification of long bones and appears to stabilize plaques. This process is associated with trans-differentiation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) into chondrocyte-like cells. On the other hand, microcalcification of early plaques, which is poorly understood, is thought to be harmful. The two proteins necessary for physiological mineralization are tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP) and collagen. Under pathological conditions, TNAP is activated by inflammatory cytokines in VSMCs, whereas collagen is produced constantly. The activation of TNAP appears to induce calcification of these cells. Therefore, the objective of this PhD thesis was to study the role of TNAP and generated apatite crystals in the VSMC trans-differentiation and determine underlying molecular mechanisms. Based on the obtained results, we propose that activation of BMP-2, a strong inducer of ectopic calcification, and formation of apatite crystals generated by TNAP represents a likely mechanism responsible for stimulation of VSMC trans-differentiation. Moreover, we were interested in localization and function of mineralization markers such as TNAP and annexins in mineralization process mediated by trans-differentiated VSMCs and VSMC-derived matrix vesicles (MVs). We observed that, similarly as in the case of typical mineralizing cells, increased TNAP activity in VSMC-derived MVs and association with collagen were important for their ability to mineraliz