Angiogenèse par bourgeonnement (sprouting angiogenesis)

L’angiogenèse par bourgeonnement nécessite une vasodilatation et une augmentation de la perméabilité vasculaire pour permettre la prolifération et la migration des cellules endothéliales, qui activées par différents facteurs de croissance (notamment le VEGF A) émettent des excroissances cytoplasmiques, les « filopodes », vers la source de VEGF. C’est la tubulogenèse. Les péricytes se détachent les premiers de la paroi vasculaire et de la matrice extracellulaire environnante par protéolyse de ses composants grâce à l’activation de métalloprotéases. Les cellules endothéliales prolifèrent, migrent et perdent leurs contacts permettant une vasodilatation et une augmentation de la perméabilité vasculaire à l’origine d’une extravasation de protéines plasmatiques qui serviront de support pour la re-synthèse de matrice extracellulaire à la fin du processus. Dans le même temps, une cellule endothéliale se met à faire des expansions cytoplasmiques (les filipodes) dans le sens du gradient de VEGF A généré par le tissu en hypoxie (Horowitz and Simons 2008; Carmeliet and Jain 2011). Cette cellule « de tête » (tip cell) va diriger le bourgeonnement en développant plusieurs filipodes qui contiennent des enzymes protéolytiques permettant la digestion de la matrice extracellulaire environnante (Small, Stradal et al. 2002; van Hinsbergh and Koolwijk 2008). Consécutivement à la polarisation des cellules endothéliales une lumière vasculaire est progressivement créée et le néovaisseau est ensuite stabilisé grâce à l’interaction des cellules endothéliales avec des péricytes et des cellules musculaires lisses. Enfin une nouvelle lame basale est synthétisée (Carmeliet 2003; Hillen and Griffioen 2007).

Fig 3. Représentation schématique de la vasculogenèse et de l’angiogenèse chez l’embryon. (Carmeliet and Collen 2000).

Cette angiogénèse par bourgeonnement permet d’ajouter des vaisseaux sanguins à des zones de tissus qui en étaient auparavant dépourvues. Elle est en général initiée dans des tissus faiblement perfusés lorsque des senseurs d’oxygénation détectent un niveau d’hypoxie qui nécessite une néovascularisation pour satisfaire les besoins métaboliques locaux en oxygène. Beaucoup de cellules parenchymateuses telles que les hépatocytes, les neurones, les astrocytes, les monocytes, peuvent répondre à un environnement hypoxique (diminution des apports en oxygène ou augmentation des besoins lors d’un processus inflammatoire ou tumoral) en secrétant du VEGF A (Vascular Endothelial Growth Factor), le principal facteur proangiogénique, mais aussi du VEGF C, de l’angiotensine-2, du FGF (Fibroblast Growth Factor) ou diverses chemokines (Gerhardt 2008). Les filipodes de la cellule de tête (tip cell) sont riches en VEGFR-2 ce qui leur permet de détecter les gradients de VEGF A et de diriger le bourgeonnement dans le sens de ce gradient. Une fois que la cellule a généré suffisamment de filipodes, une contraction des filaments d’actine dans ces expansions cytoplasmiques tracte littéralement la cellule vers le stimulus (VEGF). L’élongation du bourgeonnement va se faire grâce à la prolifération et l’étirement des autres cellules endothéliales (stalk cell) à la suite de la première, qui vont former « un tube » de cytoplasme. Lorsque deux cellules présentant des filipodes (tips cells) à la tête de deux bourgeons se rencontrent à la source de sécrétion de VEGF A, les bourgeons fusionnent et une lumière vasculaire se créé. Il est possible que des cellules myeloïdes viennent faire le « pont » entre deux bourgeons pour aider à la mise en continuité des deux tubes cytoplasmiques (voir chapitre sur la vasculogenèse post-natale). Le capillaire néoformé est stabilisé par le recrutement de péricytes, la synthèse de matrice Fig 4. Angiogenèse par bourgeonnement. (a) Les nouveaux vaisseaux sanguins sont formés à partir de vaisseaux pré-éxistants. (b) Les péricytes (verts) se détachent en premier de la paroi et le vaisseau se dilate avant que la membrane basale et la matrice extracellulaire soient dégradées. (c) Ceci permet aux cellules endothéliales (rouges) de migrer dans l’espace périvasculaire sous l’effet de stimuli angiogéniques produits par les cellules environnantes. (d) Les cellules endothéliales prolifèrent, et migrant dissociées les unes des autres dans une même direction, probablement guidées par les péricytes. (e) A l’arrière de la colonne de migration, les cellules endothéliales redeviennent cohésives et créent une lumière vasculaire. Ce processus est accompagné de la formation d’une membrane basale sur la quelle s’attachent les péricytes. Le nouveau vaisseau va fusionner avec un autre bourgeonnement pour devenir fonctionnel et permettre la circulation du sang. (Bergers and Benjamin 2003).

extracellulaire et un arrêt de sa dégradation (synthèse de TIMPs et de PAI-1), ainsi que des forces de cisaillement et autres contraintes mécaniques associées au flux sanguin et à la pression sanguine. En effet l’absence de perfusion d’un vaisseau induit sa régression (Chien 2007; Carmeliet, De Smet et al. 2009; Carmeliet and Jain 2011)

Pour construire un « tube » vasculaire structuré et ne pas induire une migration en masse de plusieurs cellules endothéliales, il existe un système de contrôle de la sélection de la cellule de tête (tip cell) et du développement de ce bourgeonnement, dépendant du récepteur Notch et de son ligand Delta-like-4. Le ligand et le récepteur sont portés par des cellules endothéliales adjacentes, de telle façon que la liaison du récepteur à son ligand ne peut se faire qu’en présence d’un contact intercellulaire (figure 6). La présence de VEGF A induit la synthèse du ligand Delta-like-4 par les cellules « tip », ce qui induit l’activation du récepteur Notch sur les cellules adjacentes qui vont devenir les cellules de la tige du bourgeon (stalk cells). L’activation de Notch s’accompagne d’une protéolyse du récepteur et d’un transfert nucléaire de son fragment cytosolique clivé qui bloque la transcription de gène du VEGFR-2. Ces cellules ne développeront pas de filipodes sous l’effet du VEGF A mais auront un potentiel plus prolifératif que la cellule de tête (tip cell). (Suchting, Freitas et al. 2007; Horowitz and Simons 2008; Carmeliet, De Smet et al. 2009)

La régulation du l'angiogenèse se fait surtout au niveau de la génération de VEGF: lorsque l'angiogenèse est efficace et amène du sang au niveau du tissu, l'apport d'O2 diminue l'hypoxie et la production de VEGF consécutive induisant l’arrêt du processus angiogénique.

Fig 5. Bourgeonnement vasculaire guidé par une source de VEGF. La cellule exposée aux plus fortes concentrations de VEGF devient la cellule de tête (tip cell en vert) qui guide le sens du bourgeonnement dans le sens du gradient de VEGF généré par les tissus hypoxiques. Le bourgeonnement s’allonge grâce à la prolifération des cellules endothéliales à l’arrière de la cellule de tête (stalk cells en gris). Deux cellules de tête provenant de deux bourgeonnements en vis-à-vis fusionnent pour créer une lumière vasculaire permettant le rétablissement de la circulation sanguine au niveau des tissus hypoxiques, ce qui induit l’arrêt de la sécrétion de VEGF. Le néovaisseau est stabilisé par le recrutement de péricytes (en rouge), la secrétion de matrice extracellulaire (en gris), le shear stress et d’autres forces mécaniques associées au flux sanguin et à la pression artérielle. (Carmeliet, De Smet et al. 2009).