Mécanismes moléculaires du développement des vaisseaux sanguins

Comme mentionné précédemment, les angioblastes ont leur origine dans le mésoderme. Chez la souris, la gastrulation commence à E6,25 grâce à l’expression de la protéine morphogénétique osseuse de type 4 (BMP-4, de l’anglais « bone morphogenetic protein 4 ») par l'épiblaste et l'ectoderme extra-embryonnaire (Ramkumar and Anderson, 2011). La BMP-4 agit sur l'épiblaste postérieur, précurseur de la ligne primitive et induit l'expression du ligand WNT3 (de l’anglais « wingless et integration site »). Une fois la ligne primitive établie, WNT3 régule l'expression du facteur de transcription Brachyury (également appelé facteur T), qui appartient à la famille des T-box et est essentiel pour la spécification des précurseurs mésodermiques (Fujimoto and Yanagisawa, 1984; Wilkinson et al., 1990). L'action conjointe de la BMP-4 (Huber et al., 1998; Marom et al., 2005), du facteur de croissance des fibroblastes basique (bFGF ou FGF-2 de l’anglais «basic fibroblast

growth factor ») (Huber et al., 1998; Karabagli et al., 2002; Pearson et al., 2008), de l'activine (Cornell

and Kimelman, 1994; Flamme and Risau, 1992; Huber et al., 1998; Mitrani et al., 1990) et de la voie WNT (Kelly et al., 2004; Lindsley et al., 2006; Sumi et al., 2008; Tam and Loebel, 2007) permet la migration et la spécification du mésoderme naissant en mésoderme extra-embryonnaire (sac vitellin), mésoderme cardiaque, mésoderme paraxial et en plaque latérale mésodermique (Parameswaran and Tam, 1995). Palpant et al. ont démontré à partir de la différenciation des CSEh, que de fortes doses d'activine (100 ng/ml) associées à des doses réduites de BMP-4 (5 ng/ml) induisaient la formation du mésoderme cardiaque, tandis que faibles doses d'activine (50 ng/ml) en présence de fortes doses de BMP-4 (40 ng/ml) généraient un mésoderme hémogénique (Palpant et al., 2015). De même, la présence de la BMP-4 et de la voie WNT a été démontrée nécessaire à la spécification de CSP dans le mésoderme latéral, contrairement au mésoderme paraxial, différencié en absence de BMP-4 (Tanaka et al., 2009).

Chez la souris, lors de la spécification du mésoderme et autour de E7.0, l'expression du facteur de transcription ETV2 (variante d'ETS 2, de l’anglais « ETS variant transcription factor 2 »), appartenant à la famille des facteurs ETS (E-vingt-six spécifique, de l’anglais « E-twenty-six specific »), marque le début du mésoderme vasculaire (Koyano-Nakagawa et al., 2012; Rasmussen et al., 2011). Bien que tous les mécanismes d'action de ce facteur de transcription ne soient pas connus, la différenciation hémato-vasculaire des CSEm a permis de positionner l'action de l'ETV2 sous le contrôle des voies de signalisation du BMP-4, WNT et Notch (Lee et al., 2008). Différentes études suggèrent que l'ETV2 induit la différenciation d'une population mésodermique caractérisée par le VEGFR-2 (FLK1 chez la souris, de l’anglais « fetal liver kinase 1 ») (Ferdous et al., 2009; Kataoka et al., 2011; Lee et al., 2008; Rasmussen et al., 2011). En effet, les embryons de souris exemptés de ETV2

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(Etv2-/-) meurent autour de E9,5 en l'absence de vaisseaux sanguins, de cellules sanguines et de l'endocarde (Lee et al., 2008), un phénotype similaire à celui observé chez les souris Flk1-/- (Shalaby et al., 1995). L'ETV2 participe également à l'activation de gènes endothéliaux, seuls ou avec le facteur de transcription FOXC2 (de l’anglais « forkhead box protein C2 »), tels que la VE-cadhérine, TIE-2 (de l’anglais « tyrosine kinase with immunoglobulin and EGF homology domains »), PECAM-1, SOX7, NRP1, NRP2 (neuropiline), entre autres (Behrens et al., 2014; Ferdous et al., 2009; Lee et al., 2008; Robinson et al., 2014), entre E7.0 et E11.5, le moment à partir duquel il n'est plus exprimé par les CE et il est remplacé par d’autres facteurs de transcription de la famille ETS (Koyano-Nakagawa et al., 2012; Rasmussen et al., 2011).

Le mésoderme VEGFR-2+ (Flk1+) est également un précurseur du mésoderme cardiogénique. Le facteur de transcription nécessaire pour son établissement, NKX2-5 (de l’anglais « NK2 homeobox

5 »), est aussi induit par l’expression d’ETV2 (Ferdous et al., 2009). Cependant, ETV2 inhibe la

différenciation du lignage cardiogénique mais permet la formation de l'endocarde à partir de celle-ci (Liu et al., 2012; Rasmussen et al., 2011). À la fin de la spécification mésodermique, contrairement aux précurseurs cardiogéniques, les précurseurs hémato-vasculaires sont identifiés par l'absence du récepteur du facteur de croissance dérivé des plaquettes α (PDGFRα de l’anglais « platelet derived

growth factor receptor alpha ») (Hirata et al., 2007; Sakurai et al., 2006). Les progéniteurs

mésodermiques VEGFR-2+PDGFRα-ETV2+ migrent vers le sac vitellin et vers différents endroits de l'embryon entre E7,25 et E8,5 où ils initient la formation des plexus vasculaires extra- et intra-embryonnaires (Koyano-Nakagawa et al., 2012; Rasmussen et al., 2011). A ce moment, les voies de signalisation médiées par le FGF-2 (Flamme and Risau, 1992; Poole et al., 2001) et le VEGF (Carmeliet et al., 1996; Ferrara et al., 1996) participent à la prolifération, la migration et l'acquisition du phénotype endothélial des angioblastes (Poole et al., 2001).

La famille du VEGF comprend 5 facteurs de croissance, les VEGF A, B, C, D et E, le VEGF-A étant le plus étudié à ce jour (Holmes and Zachary, 2005). Il est exprimé par plusieurs types cellulaires tout au long du développement embryonnaire (e.g. par la notochorde, l’endoderme, le tube neural et les somites) et à l’âge adulte. Il se lie aux récepteurs du VEGF-1 (FLT1, de l’anglais « Fms-like tyrosine

kinase 1 » chez la souris, VEGFR-1 chez l’homme) et au VEGFR-2, présents principalement aux

membranes des CE. Les embryons de souris mutants pour le VEGF-A, homozygotes (Vegf-A-/-) ou hétérozygotes (Vegf-A+/-), meurent précocement entre E11 et E12 (Carmeliet et al., 1996; Ferrara et al., 1996). Bien que des vaisseaux sanguins ont été décrits chez ces embryons, leur nombre était beaucoup plus réduit, avec moins de branchements par rapport aux embryons sauvages. Ce phénotype était plus évident chez les souris homozygotes (Carmeliet et al., 1996; Ferrara et al., 1996). Strilic et al. ont également démontré que l'absence d'un seul allèle de Vegf-A est suffisante

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pour empêcher la formation du lumen dans l'aorte dorsale (Strilić et al., 2009) en raison de l’incapacité des CE à remodeler leur cytosquelette. Ces résultats suggèrent que le VEGF-A n'est pas nécessaire pour la spécification de l'angioblaste mais il est essentiel pour la formation des vaisseaux sanguins. En effet, le VEGF participe à la migration des angioblastes et à l'organisation de l'arbre vasculaire par chimiotactisme. La formation de l'aorte dorsale en est un exemple. Le VEGF sécrété par les somites (induit par la protéine sonic hedgehog de la notocorde) et par l'endoderme établit l'axe de formation de l'aorte dorsale et de la veine cardinale comme l'illustré sur la Figure 9. Cependant, la sécrétion d'antagonistes de la BMP, Noggin et Chordin, par la notocorde à ce stade empêche l'assemblage des angioblastes dans les vaisseaux sanguins, y compris l'aorte, dans la ligne centrale de l'embryon. Comme résultat, deux aortes dorsales se forment sous la plaque latérale mésodermique, parallèle à l’endoderme à E8. Puis, la diminution de l’expression de Noggin et Chordine par la notochorde entre E9 et E9,5, en présence du VEGF dans l’axe central de l’embryon induit, finalement, la fusion de la paire des aortes dans le sens antéro-postérieur (Strilić et al., 2009).

Malgré le fait que le développement des CE embryonnaires ait été principalement étudié chez le poisson-zèbre, le poulet et la souris ; chez l'homme la différenciation des CSPh a permis de confirmer

Figure 9. Positionnement des artères et veines dans l’organisme. Le VEGF secrété par le tube neural, l’endoderme et les somites (en réponse au Sonic hedgehog secrété par la notochorde) induit la formation des vaisseaux sanguins dans leurs alentours. Les signaux de guidance répulsifs des somites mènent à la formation des artères intersomatiques à partir de l’aorte dorsale en direction de l’artère vertébrale. La notochorde secrète des inhibiteurs de la BMP-4 (Noggin et Chordin), ce qui délimite l’élongation de la paire des aortes et des veines cardinales dans les axes latéraux de l’organisme jusqu’à l’E9.5. De plus, la position des aortes et des veines cardinales, source du VEGF somitique, pourrait déterminer leur différenciation en artère et veine. Les cellules exposées à une dose plus forte de VEGF formeraient l’artère ; en revanche, les cellules plus éloignées des somites, exposées à quantités plus faibles du VEGF, donneront lieu aux veines. Traduit de Coultas et al. 2005.

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in vitro les événements décrits ci-dessus et résumés dans la Figure 8 (Slukvin, 2013). Cependant,

l'impossibilité d'étudier les embryons humains à un stade aussi précoce empêche encore la confirmation de ces événements in vivo.