Effets de l’élasticité du substrat, des protéines extracellulaires de la matrice et de la protéine morphogénétique osseuse 9 sur les cellules endothéliales humaines dans le contexte de l'athérosclérose

L’athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique étroitement liée au dysfonctionnement des cellules endothéliales (CE). Ce dernier entraîne un recrutement excessif des leucocytes en raison d’une expression accrue de molécules d’adhésion vasculaire (ex VCAM-1) à la surface des CE et d’une désorganisation de leurs jonctions adhérentes constituées par les cadhérines vasculaires (VE-cadhérine). L’athérosclérose est aussi associée à un dépôt de la fibronectine (FN) et du collagène de type I (Coll I) dans la membrane basale (BM) et une diminution progressive de l’élasticité de la paroi artérielle. D'autres facteurs comme la protéine morphogénétique osseuse (BMP)-9 jouent un rôle clef dans le comportement des CE. Néanmoins, la capacité des CE à répondre à la BMP-9 dans un contexte d’athérosclérose reste peu connue. Par conséquent, nous avons conçu un modèle in vitro en utilisant 2 films de polydiméthylsiloxane (PDMS) mimant l’élasticité de la paroi de l’artère saine (1 MPa) ou athérosclérotique (2.8 MPa) afin, dans un premier temps, d’étudier l’influence de l’élasticité sur le comportement des CE aortiques abdominales humaines (HAAECs) en réponse à la FN. Nous avons montré que la méthode utilisée pour moduler l’élasticité du PDMS n’affectait pas ses propriétés de surface (angle de contact et rugosité). L’adsorption de la FN était aussi similaire sur les 2 films. Cependant, l’étalement des CE et l’adhésion focale étaient plus rapides sur les films PDMS 1 MPa par rapport aux films 2.8 MPa. Les cellules organisaient ainsi plus d’adhésion fibrillaire à 6h mais migraient de manière similaire à 24h. La capacité des CE à réorganiser une matrice de FN semble donc diminuer avec celle de l’élasticité d’un substrat mimant l’athérosclérose tardive, ce qui pourrait affecter la capacité des CE à répondre à leur environnement. Dans un second temps, nous avons donc analysé l’effet de la BMP-9 sur les HAAECs en fonction de l’élasticité du substrat, des protéines FN +/- Coll I et d’un environnement pro-inflammatoire (TNF-α). La combinaison BMP-9/TNF-α augmentait l’expression de VCAM-1 en fonction du type de protéines utilisées. De plus, l’activation des gènes codant pour des interleukines (IL)-1β et IL-6 dépendait du type de protéines et de l’élasticité du PDMS. Les jonctions adhérentes VE-cadhérine dépendantes étaient aussi partiellement rompues lors de la stimulation BMP-9/TNF-α. Ainsi, les changements de composition de la BM et de l’élasticité du substrat retrouvés dans un contexte d’athérosclérose pourraient accroître la réponse des CE aux stimuli inflammatoires en présence de la BMP-9.Abstract: Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease initiated by endothelial cell dysfunction (EC). Such EC dysfunction favor leukocyte recruitment via the expression of vascular adhesion molecules (eg VCAM-1) on the EC membrane as well as a disruption of their adherent junctions made of vascular cadherins (VE-cadherin). Atherosclerosis is also associated with a deposition of fibronectin (FN) and collagen type I (Coll I) in the basement membrane (BM) and the progressive increase in arterial wall stiffness. Other factors such as bone morphogenetic protein (BMP)-9 play a key role in EC behavior. Nevertheless, the ability of ECs to respond to BMP-9 in the context of atherosclerosis remains unclear. Therefore, we developed an in vitro model using 2 films of polydimethylsiloxane (PDMS) mimicking the stiffness of the healthy artery wall (1 MPa) or of atherosclerotic arteries (2.8 MPa) in order to study the influence of stiffness on human abdominal aortic EC (HAAECs) behavior in response to FN. We have first shown that the method used to obtain the elasticity of PDMS did not affect its surface properties in terms of contact angle and roughness. The adsorption of FN was also similar on both films. However, EC spreading, and focal adhesion were faster on 1 MPa PDMS films compared to 2.8 MPa films. Indeed, the cells organized more fibrillar adhesion at 6h but migrated similarly after 24 h. The ability of ECs to rearrange an FN matrix thus appears to decrease with increasing stiffness of a substrate mimicking late atherosclerosis, which could affect the EC's ability to respond to their environment. Then, we have therefore analyzed the effect of BMP-9 on HAAECs as a function of substrate elasticity, FN +/- Coll I protein coating and a pro-inflammatory environment (TNF-α). The BMP-9 / TNF-α combined treatment increased the expression of VCAM-1 in function of the type of protein coating used. In addition, the activation of the genes encoding for interleukins (IL)-1β and IL-6 depended on the type of coated proteins and on the elasticity of the PDMS. The adherens junctions as shown by VE-cadherin staining were also partially disrupted during BMP-9 / TNF-α stimulation. Thus, changes in BM composition and substrate stiffness found under atherosclerotic conditions may increase the response of ECs to inflammatory stimuli in the presence of BMP-9