Novel mechanisms underlying macrophage contribution to cardiac injury after myocardial infarction

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Bioquímica. Fecha de lectura: 29-11-2019Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 19-05-2021Myocardial infarction (MI) is a recognized inflammatory condition that triggers monocyte infiltration and subsequent macrophage differentiation in an effort to resolve the damage. In the last few years, a growing body of evidence that a timely macrophage expansion and transition from inflammatory to reparative phenotype are crucial for proper infarct healing has led to macrophages being proposed as potential therapeutic targets for MI. However, cellular and molecular mechanisms involved in these processes remain not well defined. In this study, we aimed to identify novel mechanisms underlying macrophage contribution to cardiac disease and repair, paying special attention to the crosstalk with other cell types. For that purpose, we studied cardiac healing response using two models of sterile tissue injury in adult mice: cryoinjury and permanent occlusion of the left anterior descendant coronary artery (LADligation), employing a combination of state-of-the-art confocal microscopy techniques and algorithms for automatized image analysis, classical cell biology techniques, profiling flow cytometry, and highly sensitive luciferase report assays. We found that infarcts produced by LAD-ligation largely affected myocardium integrity and left ventricular function and remodeling. In contrast, cryoinjury led to mild cardiac dysfunction and remodeling, although it triggered a boosted inflammatory response. Interestingly, elevated levels of the protease MT1-MMP (Mmp14 gene) were detected in post-injury macrophages found in LAD-ligation versus cryoinjury. Based on these observations, we hypothesized that macrophage-derived MT1-MMP may play a role in post-MI adverse cardiac remodeling and dysfunction. Our study demonstrated that MT1-MMP deletion from macrophages (MT1-MMPLysM mice) attenuates post-MI cardiac dysfunction, reduces cardiac collagen content and fibrosis, and preserves the cardiac capillary network, improving tissue oxygenation. Mechanistically, we showed that MT1MMP activates latent TGFβ1 in macrophages, leading to paracrine SMAD2-mediated signaling in endothelial cells (ECs), myofibroblasts and vascular smooth muscle cells. Post-MI hearts from MT1-MMPLysM mice contained fewer cells transitioning from an endothelial to a mesenchymal phenotype than their wild-type counterparts, and MT1-MMP-deficient macrophages showed a reduced ability to induce endothelial to mesenchymal transition (EndMT) in co-cultures with ECs. Collectively, this is the first study demonstrating the contribution of EndMT to cardiac fibrosis and adverse remodeling after MI and identifies MT1MMP as a key regulator of this process via macrophage-EC crosstalk. This novel mechanism of macrophage-mediated EC regulation in the post-MI heart has potential as a therapeutic target in ischemic heart diseaseEl infarto de miocardio (IM) es una patología inflamatoria que desencadena el reclutamiento de monocitos y su diferenciación a macrófagos tratando de reparar el daño. En los últimos años, la evidencia de que tanto una respuesta apropiada de los macrófagos en el tiempo como la transición de fenotipo inflamatorio a reparador son cruciales para la correcta reparación post-IM ha convertido a los macrófagos en una potencial diana terapéutica frente al IM. Sin embargo, los mecanismos celulares y moleculares involucrados en estos procesos no se conocen por completo. En este trabajo, tratamos de identificar nuevos mecanismos a través de los cuales los macrófagos participan en la reparación cardiaca, prestando especial atención a la interacción con otros tipos celulares. Para ello usamos dos modelos quirúrgicos de daño en ratones adultos: criolesión y oclusión permanente de la arteria coronaria LAD; y recurrimos a técnicas avanzadas de microscopía confocal y algoritmos para el análisis automatizado de imágenes, técnicas clásicas de biología celular, citometría de flujo y ensayos de luciferasa de alta sensibilidad. Demostramos que el modelo de oclusión permanente afecta severamente a la integridad del miocardio, así como a la función y remodelado del ventrículo izquierdo. Por el contrario, la criolesión provoca una disfunción y remodelado cardiaco leve, aunque desata una mayor respuesta inflamatoria. Descubrimos asimismo que los macrófagos encontrados tras la oclusión expresan mayores niveles de la proteasa MT1-MMP que los de la criolesión. En base a estos resultados, hipotetizamos que la proteasa MT1-MMP producida por macrófagos podría participar en el remodelado adverso y disfunción cardiaca tras el IM. Nuestro estudio demuestra que la deleción de MT1-MMP en macrófagos (ratones MT1-MMPLysM) atenúa la disfunción cardiaca, reduce el contenido de colágeno y la fibrosis, preserva la red capilar del miocardio y mejora la oxigenación de este tras el IM. En cuanto al mecanismo molecular subyacente, demostramos que MT1-MMP activa TGFβ1 en macrófagos, promoviendo la señalización paracrina mediada por SMAD2 en células endoteliales (ECs), miofibroblastos y células vasculares de músculo liso. Además, los corazones infartados de ratones MT1-MMPLysM presentan menos células en transición de fenotipo endotelial a mesenquimal, y observamos que los macrófagos deficientes en MT1-MMP muestran una disminución de la capacidad para inducir la transición endotelial-mesenquimal (EndMT) en co-cultivos con ECs. En resumen, este es el primer estudio que demuestra la contribución de la EndMT a la fibrosis y remodelado adverso post-IM e identifica a MT1-MMP como regulador de este proceso a través de la interacción entre macrófagos y ECs. Este nuevo mecanismo por el cual los macrófagos regulan la función de las ECs en el corazón infartado representa una potencial diana terapéutica frente al I