Partie 1 : HERNIE DIAPHRAGMATIQUE CONGENITALE (HDC) INDUITE
II. Discussion
Dans cette première étude, nous avons mis en évidence que l’expression des différents acteurs (ainsi que l’activation pour le poumon) de la voie du BMP/BMPR2 était diminuée dans les poumons et les cœurs des fœtus souffrant de HDC induite expérimentalement par l’administration de nitrofène aux rates gestantes. Plusieurs études ont montré que la signalisation BMP/BMPR2 jouaient des rôles cruciaux dans la régulation pulmonaire au début de la morphogenèse de la ramification des voies aériennes pulmonaires (Alejandre-Alcazar et al., 2007; Southwood et al., 2008) via des interactions réciproques entre les cellules épithéliales et mésenchymateuses, mais aussi plus tard au cours de la maturation pulmonaire (Alejandre-Alcazar et al., 2007) en favorisant la survie des cellules qui permettent la production du surfactant et facilitent la sortie de liquide provenant des sacs d’air des poumons néonataux (Sun et al., 2008). L’inhibition de la signalisation du BMP/BMPR2 dans les cellules épithéliales de poumon de souris lors de l’organogenèse pulmonaire précoce ou en fin de gestation, résulte en un retard de la morphogenèse de ramification pulmonaire, qui réduit la prolifération et la différentiation des cellules épithéliales (Weaver et al., 1999), conduisant au phénotype de détresse respiratoire néonatale associée à des poumons affaissés avec une structure et une fonction des voies aériennes altérées (Sun et al., 2008).
Nos résultats montrent que l’activation de la voie du BMP/BMPR2 est diminuée dans les poumons hypoplasiques associés à la HDC induite par le nitrofène pendant les étapes canaliculaire (E16.5-E17.5) et sacculaire (à partir de E17.5) du développement pulmonaire embryonnaire. Ces résultats sont cohérents avec les études antérieures qui rapportent une diminution des expressions pulmonaires de BMP4 (Takayasu et al., 2007) et de Smad1 (Fujiwara et al., 2011) dans l’hypoplasie pulmonaire avec HDC induite par le nitrofène, ce qui suggère que le défaut d’activation de la signalisation de la voie du BMP/BMPR2 pourrait être un des mécanismes responsables de ces altérations au début de la morphogenèse de la ramification pulmonaire et dans la maturation pulmonaire dans ce modèle expérimental de HDC. En revanche, il a été récemment montré une activation similaire de la voie Smad1/5/8 activée en aval de la voie BMP/BMPR2 dans l’épithélium et les artères pulmonaires des poumons avec une HDC induite par le nitrofène que dans les poumons normaux (Corbett et al., 2012). Les raisons de ces divergences de résultats ne sont pas claires. Cependant, dans la même étude, ils n’ont pas mis en évidence une modification de la signalisation angiopoiétine/Tie2, qui avait déjà été décrite comme altérée dans la HDC expérimentale (Boucherat et al., 2010; Maniscalco et al., 2002)et associée à des anomalies de l’expression du BMPR2 chez les patients atteints d’HTAP( Du et al. , 2003).
Les expressions pulmonaires des agonistes de la voie du BMP/BMPR2, tels que le BMP4 et le BMP7, sont diminuées lors du développement précoce et tardif du poumon (E17 et E21) dans la HDC induite par le nitrofène, avec une expression accrue de gremlin, l’antagoniste BMP précocement à E17. Des études antérieures avaient montré qu’ajouter le BMP4 à des cultures de poumon embryonnaire favorisait la morphogenèse de ramification pulmonaire
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(Bragg et al., 2001). En revanche, la diminution de l’expression du BMP4 (Bellusci et al., 1996) et la surexpression des antagonistes de la voie BMP/BMPR2 (tels que noggin ou gremlin) au sein de l’épithélium (Weaver et al., 1999; Lu et al., 2001) entraînaient la formation de poumons de petite taille avec des saccules terminales dilatées. Ceci provenait probablement d’une prolifération et d’une différentiation altérées des cellules épithéliales conduisant à la formation perturbée des voies aériennes distales ne permettant pas les échanges gazeux et entraînant une insuffisance respiratoire néonatale (Sun et al., 2008)
.
En outre,
les souris transgéniques déficients en gremlin, présentent des anomalies pulmonaires dramatiques caractérisées par une perte de la ramification normale des voies aériennes (défauts de la septation pulmonaire) et du développement vasculaire, associée à une léthalité néonatale avec des poumons plus petits que la normale (Costello et al., 2010). Une expression pulmonaire élevée en gremlin a été récemment rapportée comme étant impliquée dans le remodelage vasculaire pulmonaire dans l’hypertension pulmonaire d’origine hypoxique (Cahill et al., 2012; Maruyama et al. 2014). Ceci suggère que la modification de l’équilibre entre la balance des agonistes et antagonistes de la voie BMP/BMPR2 qui a été démontrée comme cruciale au cours du développement pulmonaire (Danesh et al., 2009) pourrait être impliquée dans le développement de l’hypoplasie pulmonaire et dans le défaut de ramification pulmonaire, mais également dans le remodelage vasculaire pulmonaire dans la HDC expérimentale induite par l’exposition des rats au nitrofène.Dans les poumons avec HDC induite par le nitrofène, l’expression du BMPR2 est diminuée, avec une diminution de l’activation de la signalisation des Smad1/5/8 et une diminution de l’expression du gène cible de la voie du BMP/BMPR2, le Id1, qui a été montré comme jouant un rôle central dans la régulation de l’expression génique, la différentiation et la prolifération cellulaire. Dans ces poumons avec HDC, la diminution de l’expression du BMPR2 avec une diminution de l’activation de la signalisation des Smad1/5/8 et une diminution de l’expression du gène Id1 suggèrent une diminution de l’expression et de la fonction de la voie de signalisation du BMP/BMPR2. Les altérations dans l’expression et dans la fonction pulmonaire de la voie du BMP/BMPR2 pourraient être également liées aux anomalies vasculaires observées dans la HDC induite par le nitrofène. En effet, il a été démontré que la signalisation BMP/BMPR2 contribuait au maintien de la structure et de la fonction vasculaire pulmonaire (Beppu et al., 2005; Yang et al., 1999). Des mutations du gène codant pour le BMPR2 associées à une diminution de l’expression et de la fonction de ce récepteur ont été décrites chez les patients souffrant d’HTAP (Deng et al., 2000). De plus, la diminution de l’activation de la voie BMP/BMPR2 a été montrée comme étant impliquée dans la pathogenèse de l’HTAP, principalement dans le remodelage artériel pulmonaire (Dewachter et al., 2009; Cahill et al., 2012). Ceci suggère que la diminution de l’expression du BMPR2 dans les poumons avec HDC induite par le nitrofène pourrait être liée à un défaut de maturation pulmonaire, mais aussi au développement du remodelage vasculaire.
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Le BMPR1A a été démontré être un élément clé dans le développement pulmonaire. Il régule, en effet, la prolifération et la survie des cellules épithéliales pulmonaires. La délétion du BMPR1A résulte en un poumon anormalement dévéloppé avec au niveau de l’épithélium, une diminution de la prolifération épithéliale, une apoptose extensive avec augmentation de la mort cellulaire avant E18.5 (Eblaghie et al., 2006). Cependant, dans la HDC induite par le nitrofène, l’expression pulmonaire du BMPR1A ne semble pas être affectée.
L’altération de la balance entre la prolifération et l’apoptose cellulaire semble contribuer à l’hypoplasie pulmonaire des rats exposés au nitrofène (Keijzer et al., 2000). Ceci se manifeste par une activation accrue des processus apoptotiques (Kling et al., 2010) ou non (Keijzer et al., 2000; Jesudason et al., 2000). Nos résultats n’ont pas montré d’activation des processus apoptotiques (évaluée par le rapport pro-apoptotique Bax/Bcl-2) lors de la phase canaliculaire (E16.5- E17.5) du développement pulmonaire embryonnaire dans la HDC induite par le nitrofène. Cependant, nous avons mis en évidence une diminution de l’activation de l’apoptose à un stade avancé (E21) du développement pulmonaire dans cette HDC. Les raisons de ces résultats apparemment contradictoires ne sont pas claires, même si cette diminution de l’apoptose pourrait participer à l’épaississement des septas interalvéolaires et au remodelage vasculaire pulmonaire observé dans ce modèle expérimental.
L’exposition au nitrofène est aussi connue pour induire une variété de malformations congénitales cardiovasculaires, imitant les malformations cardiaques congénitales observées chez les patients atteints de HDC (Migliazza et al., 1999). Des défauts dans la morphogenèse cardiaque ont été rapportés chez des souris transgéniques exprimant une mutation du BMPR2 (Delot et al., 2003; Kim et al., 2001). Des anomalies cardiaques, en particulier celles impliquant le coussin endocardique, ont été identifiés chez des patients ayant une maladie cardiaque congénitale associée à la présence de la mutation du BMPR2 (Roberts et al., 2004). De plus, l’expression endocardique du BMPR2 est nécessaire pour la formation du septum et la valvulogenèse (Beppu et al., 2009). L’évaluation de la fonction cardiaque chez les fœtus de rats est difficile à réaliser en raison de la taille réduite des ratons. Cependant, nous avons mis en évidence une hypoplasie cardiaque associée à une diminution de l’expression génique myocardique de SERCA-2A, un gène caractéristique de la maturité du myocarde (Baptista et al., 2006). En outre, les corrélations entre les expressions myocardiques de BMPR2, de BMPR1A et l’expression myocardique de SERCA-2A et le rapport pro-apoptotique Bax/Bcl2 suggèrent fortement l’impact fonctionnel de la voie de signalisation BMP/BMPR2 dans le cœur.
Bien que les mécanismes par lesquels le nitrofène induit la HDC ne sont pas entièrement compris, une hypothèse de "double atteinte" expliquant le développement de la HDC et l’hypoplasie pulmonaire a été proposée dans ce modèle expérimental (Keijzer et al., 2000). Le retard dans le développement pulmonaire qui survient avant le développement de l’anomalie diaphragmatique détectée dès les 13- 14ème jours (E13-14) (Allan et al., 1997;
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Kluth et al., 1993), semble être directement médié par l’action du nitrofène (Keijzer et al., 2000; Guilbert et al., 2000), tandis que l’accentuation de l’hypoplasie pulmonaire plus tard lors de la gestation semble être causée par une compression mécanique du foie hernié dans la cavité thoracique (Kluth et al.,1993).
Dans le présent travail, nous ne pouvons pas exclure l’implication de l’effet toxique de l’exposition au nitrofène sur l’expression des différents membres de la signalisation BMP/BMPR2. Cependant, l’altération de l’expression de la voie BMP/BMPR2 observée au cours du développement pulmonaire à un stade avancé suggère que cette signalisation devrait davantage être l’objet d’étude plus approfondie dans d’autres modèles expérimentaux ou chez des enfants souffrant de HDC. Les présents résultats montrent une diminution de l’activation de la voie BMP/BMPR2 dans l’hypoplasie pulmonaire et le remodelage vasculaire pulmonaire associés à la HDC gauche expérimentale induite par le nitrofène. Au niveau du cœur de ces fœtus, l’expression de différents acteurs impliqués dans la signalisation de la voie BMP/BMPR2 est également altérée. Ceci suggère que la signalisation BMP jouerait un rôle dans l’hypoplasie pulmonaire et cardiaque associées à la HDC expérimentale induite par le nitrofène, mais aussi dans le remodelage vasculaire pulmonaire responsable du développement de l’hypertension pulmonaire persistante du nouveau né.
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