Role of the PI3KCIIalpha in primary cilium function of endothelial cells : implicated in atherosclerosis development

Les cellules endothéliales (CE) qui tapissent la surface luminale des vaisseaux sanguins sont sensibles aux variations des contraintes hémodynamiques engendrées par le flux sanguin comme les forces de cisaillements (FC). Altérer les mécanismes qui détectent les FC pourrait compromettre l’intégrité des CE entrainant une dysfonction endothéliale et le développement de l'athérosclérose, qui reste la cause majeure des pathologies cardiovasculaires. L'athérosclérose se développe initialement au niveau des embranchements et des courbures des vaisseaux, au niveau de territoires vasculaires où les FC sont faibles et où les CE présentent un phénotype «pro-athérogène». Dans ce contexte physiopathologique, mon projet de thèse cherche à identifier un nouveau mécanisme qui pourrait retarder le développement des plaques d’athéromes au niveau des régions vasculaires qualifiées de «pro-athérogènes» où les FC sont faibles. De façon intéressante le cil primaire (CP), protrusion membranaire présente à la surface de la CE, serait capable d’intégrer ces faibles FC. En réponse à ces forces, cet organelle cellulaire pourrait activer des voies de signalisation protectrices nécessaires pour contrebalancer les mécanismes de dysfonction endothéliale. Ainsi, bloquer l'assemblage et/ou la fonction du CP à la surface des CE pourrait participer à l'accélération du processus athéromateux. Récemment, des études ont établi une communication à double sens entre le CP et l'autophagie en réponse aux faibles FC. Parmi les acteurs de signalisation impliqués dans l'autophagie, les phosphoinositide 3-kinases (PI3K), enzymes clés impliquées dans la production de 3-phosphoinositides (3-PI), pourraient être d'un intérêt majeur. En effet, le PI(3)P, 3-PI produit par les PI3K de classe II et de classe III, est impliqué dans la nucléation de la vésicule d’autophagie. Bien que VPS34 (unique PI3K de classe III) soit décrite comme la principale isoforme de PI3K capable de réguler l'autophagie, l'implication de l’isoforme alpha des PI3K de classe II vient juste d’être caractérisée. De façon originale, la PI3KCIIalpha a également été identifiée comme un régulateur majeur de la biogenèse du CP via la synthèse de PI(3)P dans les fibroblastes embryonnaires et dans les cellules épithéliales rénales. Ainsi, l’ensemble de ces données nous ont amené à étudier la PI3KCIIα au niveau de l'interaction entre le CP et l’autophagie dans les CE. Mon travail a particulièrement mis à jour le rôle central de cette enzyme dans le maintien d’une signalisation protectrice essentielle pour garantir la fonction endothéliale. Mon projet de thèse propose d’identifier les mécanismes moléculaires contrôlant l'interaction entre le CP et l’autophagie in vitro dans les HUVEC et le rôle de la PI3KCIIα dans un contexte de FC in vivo dans des souris ApoE-/- capables de développer spontanément des plaques d’athérome. Mes résultats indiquent que la délétion de la PI3KCIIα abolit la biogénèse du CP et réduit le flux autophagique dans les HUVEC. En utilisant un modèle de souris athéromateuses invalidé pour la PI3KCIIα (ApoE-/- PI3KCIIα+/-), mon travail montre que l'absence de l’interaction entre le CP et l’autophagie in vivo pourrait participer à la progression des plaques d'athérome dans les régions vasculaires où les FC sont faibles. Enfin, nos résultats démontrent qu’en absence de la PI3KCIIα et de l'interaction entre le CP et l’autophagie, les CE de ces zones pro-athérogènes ne sont plus capables de réguler leur morphologie, suggérant que ces cellules perdent leur capacité d’adaptation aux faibles FC. En étudiant l’interaction entre l’autophagie et le CP dans les CE, mon projet de thèse permettra une meilleure compréhension des fonctions biologiques contrôlées par les FC dans ces cellules et offrira de nouvelles perspectives dans l’identification de mécanismes moléculaires originaux impliqués dans les premières étapes du développement de la plaque d'athérome.Endothelial cells (EC) are highly responsive to changes in hemodynamic shear stress (SS) that drags the vessel luminal surface. Altering the mechanisms that detect SS on EC could compromise its integrity leading to the initiation of endothelial dysfunction and the development of atherosclerosis, the underlying cause of coronary artery disease (CAD). In arterial tree, atherosclerosis develops in a pattern that correlates with low shear stress (SS) localized with branches and curvatures where EC present an “atheroprone” phenotype. In this context, my PhD project proposes to identify novel mechanism in atheroprone territories that could delay atherogenic response induced by low SS. Very interestingly, primary cilium (PC) that protrudes from EC surface was shown to integrate these low SS forces and relay protective signaling pathways in order to counteract EC dysfunction. Thus, we hypothesized that blocking PC assembly and/or functions could participate to the acceleration of atheroma plaque progression. Recent findings links PC with autophagy as an important crosstalk in response to low SS. Among the signaling module involved in autophagy, phosphoinositide 3-kinases (PI3K) which are key enzymes involved in 3-phosphoinositides (3-PI) production, could be of major interest. Indeed, a critical 3-PI signaling involved in the nucleation of autophagic vesicle is PI(3)P, a product of class II and class III PI3K. Although the class III PI3K VPS34 is largely described as a master regulator of autophagy, the implication of class II PI3K is less characterized. Meanwhile, PI3KCII was also clearly identified in embryonic fibroblast and renal epithelial cell as a regulator of PC biogenesis via PI(3)P synthesis. Altogether, these data led us to investigate the role of PI3KCIIα as an essential protective signaling hub of EC through PC/autophagy interplay. My PhD project defines more specifically the molecular mechanisms controlling PC/autophagy interplay in vitro in HUVEC and the role of PI3KCIIα in fluid flow context in vivo in ApoE-/- atherosclerotic animal model. My results indicate that deletion of PI3KCIIα abrogated PC biogenesis and decreased autophagic flux in HUVEC. Using a mice model deleted for PI3KCIIα prone to atherosclerosis (ApoE-/-PI3KCII+/-), my work reveals that absence of PC/autophagy interplay in vivo could participate to atheroma plaques progression in low SS parts of the arterial tree. Finally, our data support the idea that EC of atheroprone areas were not able to regulate their morphology in absence of PI3KCIIα contributing to a defect in adaptation to low SS in absence of PC/autophagy interplay. By connecting autophagy and PC, my PhD project improve our understanding of the biological functions of EC controlled by SS and open new advances in the comprehension of molecular mechanisms involved in the first steps of atheroma plaque development