1. Endothélium
Dans un même organisme les cellules endothéliales ont des structures différentes selon les lits vasculaires auxquels elles appartiennent. Les artères et les veines ont chacune leurs spécificités (marqueurs moléculaires, forme et jonctions cellulaires) mais elles ont toutes deux un endothélium continu et non fenêtré. Les capillaires peuvent être discontinus comme dans les sinusoïdes hépatiques ou bien continus et fenêtrés comme dans les glomérules rénaux. Dans la peau, les muscles, les poumons ou le cerveau les capillaires sont continus et non fenêtrés.
Les organes lymphoïdes secondaires se caractérisent par la présence de cellules endothéliales particulières au niveau de leurs veinules post-capillaires : les HEVs (High endothelial venules) sont de forme cuboïde et leur membrane basale est plus épaisse que dans les autres veinules Elles ont des fonctionnalités particulières dans le trafficking, le transport et la maturation des lymphocytes. Elles expriment un répertoire spécifique de chimiokines (CCL21, CXCL12, CXCL13 par exemple) et de molécules d’adhésion telles que des syalomucines fortement glycosylées et sulphatées (Peripheral-node addressins (PNADs)) (Miyasaka and Tanaka 2004, Aird 2007(a)).
Chez la myxine, un organisme modèle du groupe des chordés (vertébrés), l’analyse des cellules endothéliales de l’aorte, du cœur, du derme, de la peau et du foie par microscopie électronique illustre cette hétérogénéité des endothéliums (Figure 18). En effet selon l’organe, on observe des structures tubulaires, des cavéoles, des cellules associées ou pas aux cellules endothéliales (cellules chromafines- like ou péricytes plus ou moins nombreux), des fenestrations ou une membrane basale d’épaisseur variable (Yano, Gale et al. 2007). Ces variations de structure confèrent une fonction spécifique à chaque vaisseau en même temps qu’elles sont à l’origine de réponses biologiques différentes à une même stimulation.
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Figure 18 : Hétérogénéité structurale des endothéliums chez la myxine observée par microscopie électronique. (A, B) Cellules endothéliales (EC) d’aorte avec des structures tubulaires et probablement des corps de Weibel-Palade. (C) EC cardiaques reposant sur une épaisse matrice extra-cellulaire (ECM) en contact avec des cellules chromaffin-like. (D) Grossissement d’une EC cardiaque riche en cavéoles (flèche). (E) Endothélium du cœur discontinu (pointe de flèche). (F) EC du derme riche en vésicules. (G) EC d’un microvaisseau du derme avec un corps de Weibel-Palade (flèche). (H) Grossissement d’un microvaisseau du derme et de son endothélium continu (flèche). (I) Sinusoïde hépatique avec un endothélium discontinu (flèche) présentant de nombreuses jonctions cellulaires (pointe de flèche) et reposant sur une ECM épaisse. La barre d’échelle correspond pour les différentes photos à 865 nm (A), 469 nm (B), 898 nm (C), 258 nm (D), 393 nm (E), 5172 nm (F), 261 nm (G), 2305 nm (H), et 492 nm (I). EVS : espace extravasculaire ; Lumen : lumière vasculaire ; RBCs : globule rouge (Yano, Gale et al. 2007).
54 De plus, les cellules endothéliales sont sensibles à leur microenvironnement biomécanique (flux, contraintes hémodynamiques) et biochimique (cytokines, chimiokines, facteurs de croissance, hormones, oxygène, …) et s’adaptent à ces contraintes. Ces adaptations peuvent, par exemple, se manifester par un changement de forme, un changement d’expression protéique ou une modification des flux calciques. Ces changements de phénotype sont particulièrement observables en réaction aux signaux pro-inflammatoires au niveau des veinules post-capillaires, permettant ainsi l’extravasation des leucocytes (voir section ci-dessous). De plus, des études ont mis en évidence des différences d’expression génique entre des cellules endothéliales artérielles et veineuses (Chi, Chang et al. 2003). Le phénotype des cellules endothéliales est donc susceptible d’évoluer dans le temps et dans l’espace.
2. Membrane basale
La membrane basale est une structure tridimensionnelle en contact étroit avec la face basale des cellules endothéliales et la face apicale des péricytes. Elle peut être synthétisée par les cellules musculaires lisses, les fibroblastes, les cellules endothéliales et les péricytes. Son identification a été possible grâce à la microscopie électronique. Cette structure apparaît dense aux électrons, amorphe, poreuse et mesure entre 50 et 100 nm d’épaisseur (Kalluri 2003). Elle est composée de collagène de type IV, de laminines, des nidogènes 1 ou 2 et de protéoglycane héparane-sulfate (perlécane) (Figure 19). L’ostéonectine, les fibulines 1 et 2, les collagène VII, XV, XVIII ainsi que les thrombospondines 1 et 2 sont présents mais en plus faible quantité (Hallmann, Horn et al. 2005). Le collagène de type IV et les laminines forment chacun un réseau indépendant interconnecté par les nidogènes et le perlécane. Le collagène IV compose à 50% la membrane basale et est essentiel à sa structure et à sa stabilité. Sa délétion est létale au stade embryonnaire chez les souris (Poschl, Schlotzer-Schrehardt et al. 2004). Chaque protéine matricielle compte plusieurs isoformes permettant des associations multiples générant des membranes basales de composition originale (Sorokin 2010). Chaque combinaison confère à la membrane basale des propriétés et/ou fonctions différentes (Hudson, Reeders et al. 1993, Frieser, Nockel et al. 1997, Hallmann, Horn et al. 2005).
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B
Figure 19 : Localisation et composition de la membrane basale vasculaire. (A) Représentation en trois dimensions de la paroi vasculaire d’une veinule du muscle crémaster de souris après immuno- marquage des cellules endothéliales (CD31), des péricytes (α-SMA) et de la membrane basale (laminine) (adapté de (Nourshargh, Hordijk et al. 2010)).
(B) La membrane basale est une structure tridimensionnelle composée d’un réseau de collagène de type IV et d’un réseau de laminine interconnectés par le perlécane et les nidogènes (adapté de (Sorokin 2010)).
L’hétérogénéité structurelle des membranes basales s’observe entre artère et veine (Figure 20). En effet chez le primate, le diamètre des fibres et des pores de la membrane basale de l’aorte et de la carotide sont supérieurs à ceux de la veine saphène ou de la veine cave inférieure. De plus, la membrane basale est plus épaisse dans l’aorte et la carotide que dans la veine saphène. La membrane basale de la veine cave inférieure à une épaisseur intermédiaire (Liliensiek, Nealey et al. 2009). Ces caractéristiques peuvent être altérées en fonction du statut sain ou malade d’un individu comme l’atteste l’épaississement
56 de la membrane basale des capillaires musculaires chez les sujets diabétiques (Siperstein, Unger et al. 1968).
Figure 20 : Ultrastructure de la membrane basale de différents vaisseaux observée par microscopie électronique. Photos montrant l’endothélium (A, C, E, G) et la membrane basale (B, D,
F, H) provenant de l’aorte (A, B), de l’artère carotide (C, D), de la veine saphène (E, F) et de la veine cave inférieure (G, H). Les étoiles marquent un endothélium intact et les flèches une exposition de la membrane basale (Liliensiek, Nealey et al. 2009).
Des différences de structure entre les membranes basales des différents organes ont aussi été constatées. La membrane basale des capillaires des muscles striés est décrite comme un réseau de fibres associées de manière aléatoire au sein d’une matrice de densité moyenne. Une structure plus organisée et stratifiée est décrite pour la membrane basale des capillaires cutanés. La membrane basale des vaisseaux associés à la cornée (membrane Descemet) est plus épaisse et contient du collagène de type VIII (Kefalides 1969). Dans la majorité des organes, la membrane basale vasculaire est associée aux cellules endothéliales, aux péricytes et à d’autres cellules perivasculaires (cellules musculaires lisses notamment). Cependant, la membrane de Descemet n’est associée qu’aux cellules endothéliales alors que la membrane basale glomérulaire (Figure 21) est associée à des cellules endothéliales et à des cellules épithéliales (Pavelka 2004).
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Figure 21 : La membrane basale glomérulaire. Dans le rein, la membrane basale glomérulaire (GBM) est associée aux cellules épithéliales avec leurs podocytes et aux cellules endothéliales (Miner 2011).
Enfin au sein de la membrane basale vasculaire d’un même vaisseau, il peut exister des zones spécialisées comme par exemple les low expression regions (LERs) (Voisin, Pröbstl et al. 2010). Elles sont caractérisées par une plus faible proportion de protéines matricielles (collagène IV et laminine). Elles ont été observées dans de nombreux organes (peau, muscle, mésentère) et principalement au niveau des veinules. Lors d’une réaction inflammatoire, pour s’extravaser les leucocytes doivent franchir la membrane basale vasculaire. L’attaque de cette membrane basale par les protéases à sérine ainsi que les métalloprotéases (MMPs) permet aux leucocytes de traverser cette membrane et de s’infiltrer dans les tissus (Kolaczkowska, Grzybek et al. 2009, Lerchenberger, Uhl et al. 2013). Par leur faible densité en protéines matricielles, ces LERs sont des zones privilégiées pour la transmigration des leucocytes.