Certaines races de chiens et de rats sont connues pour présenter des taux importants de PDA. Mais les sou is KO este t u od le de hoi pou l’ tude de la fe etu e du DA. Ces i validatio s peuvent être regroupées en 3 grandes catégories :
- Les invalidations touchant à la voie des prostaglandines, - Celles impliquées dans la maturation des VSMC du DA, - Et quelques autres invalidations.
1. La voie des prostaglandines
Les invalidations de gènes impliqués dans la voie de synthèse et de signalisation des prostaglandines conduisent à des problèmes de fermeture du DA à la naissance (Tableau 3). Comme d it p de e t, les PG a a t u dou le ôle, da s la vasodilatatio et da s l’ paississe e t, ’est fi ale e t su ette de i e fo tio ue l’i validatio au a le plus d’i pact. Les gènes Ptgs1 et Ptgs2 codent pour les enzymes COX1 et COX2 qui catalysent la production de PGH2 à partir de l’a ide a a hido i ue. L’a se e de Cox1 ’affe te pas la fe etu e du DA, au contraire de celle de
Cox2 qui entraîne une mortalité de 35 à %, e o s ue e de la p se e d’u PDA (Loftin et al.,
2001) (Loftin et al., 2002) (Yu et al., 2006). L’i idence du PDA chez les souris Cox2 -/- augmente avec la délétion hétérozygote de Cox1 (80% de mortalité). La délétion homozygote des 2 isoformes est l tale da s les jou s ui suive t la aissa e. Le fait ue les fœtus a rivent à terme en absence de
Cox1 et Cox2 fœtal sugg e ue les p osta oïdes d’o igi e fœtale e so t pas i dispe sa les au
ai tie de l’ouve tu e du DA in utero.
La mutation de la tyrosine 385 de Cox2 en une phénylalanine ne cause pas de PDA, bien que ette t osi e soit i pli u e da s les p e i es tapes de loo g atio de l’AA. L’e pli atio résiderait dans la for atio d’u h t odi e COX1 / COX2 qui permet de compenser la perte de fo tio alit de COX . A l’appui de ce résultat, les souriceaux Cox1 -/- ; Cox2 Y385F/ Y385F présentent
tous un PDA (Yu et al., 2006).
PGE e e e ses effets via l’a tivatio du epteu EP4, encodé par le gène Ptger4. L’i validatio de e g e, de la e a i e ue celle de Cox2, est associée à une létalité post atale o s utive d’u PDA da s les jou s suiva t la naissance (Nguyen et al., 1997) (Segi et al., 1998) (Schneider et al., 2004).
Au moment de la naissance, la chute des taux de PG participe largement à la vasoconstriction du DA. L’i validatio des p ot i es i pli uées dans cette diminution entraîne logiquement des PDA. C’est le as du g e Hpgd (hydroxyprostaglandin deshydrogenase) ui ode pou l’e z e pe etta t d’i a tive les PG, la PGDH p ostagla di e desh og ase . Elle pe et de o ve ti PGE2 en 15keto-PGE2, un métabolite moins actif (Coggins et al., 2002) (Roizen et al., 2008). Tous les
souriceaux Hpgd-KO meurent dans les 48h suivant leur naissance.
La terminaison de la signalisation PGE2 est aussi liée à sa prise en charge par le transporteur PGT (prostaglandine transporteur), qui est encodé par le gène SLCO2A1. A l’i sta de la PGDH, le PGT est fortement exprimé dans les poumons, et la prise en charge de PGE2pa PGT o stitue ait l’ tape
limitante de la dégradation des PG (Nomura et al., 2004). L’e se le des sou i eau i valid s pou
Tableau 3 Invalidations murines des composants de la voie des prostaglandines et conséquences su la su ve ue d’u PDA
Symbole et Nom du gène Génotype %
PDA % mortalité néonatale Référence Cox-1 Ptgs1 Cyclooxygenase-1
Prostaglandin G/H synthase 1 Cox1 -/- 0 3
(Loftin et al., 2001) Cox-2
Ptgs2
Cyclooxygenase-2
Prostaglandin G/H synthase 2 Cox2 -/- 33 35
Cox1 +/- Cox2 -/- 74 79 Cox1 -/- Cox2 -/- 100 100 Cox-2 Ptgs2 Cyclooxygenase-2
Prostaglandin G/H synthase 2 Cox2 -/- 40 57
(Yu et al., 2006) Cox-2 Ptgs2 Cyclooxygenase-2 Prostaglandin G/H synthase 2, mutation de la tyrosine 385 impliquée dans le site enzymatique. Cox2 Y385F/ Y385F 0 5 Cox1 -/- Cox2 Y385F/ Y385F 100 100
Ptger4 Prostaglandin E2 receptor EP4 subtype Ep4-/- >95 100 >95 100 (Nguyen et al., 1997) (Segi et al., 1998) (Schneider et al., 2004) Slco2a1 Solute carrier organic anion
transporter family member 2A1 Prostaglandin transporter Pgt-/- 100 100 (Chang et al., 2010) Hpgd 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase [NAD(+)] Prostaglandin dehydrogenase 1 Pgdh-/- 100 100 (Coggins et al., 2002) (Roizen et al., 2008)
2. La maturation des VSMC
Les invalidations touchant les VSMC concernent les facteurs de transcription (Myocardine, TFAP2B et BRG1), les éléments contractiles de la cellule (SM-MHC), ou encore la communication intercellulaire/MEC (JAG1 et ILK). Ces invalidations sont regroupées dans le Tableau 4.
La myocardine est un coactivateur transcriptionnel exprimé dans les cardiomyocytes et les SMC (Smooth Mus le Cells et gula t l’e p essio de p ot i es o t a tiles. Pou i le les VSMC dérivées de la crête neurale (celles qui peuplent le DA), les souris utilisées expriment la recombinase CRE sous le contrôle des promoteurs de Wnt1 et/ou de Pax3. PAX3, un facteur de transcription, et le protooncogène WNT1, ligand du récepteur Frizzled, sont exprimés par les cellules dérivées de la te eu ale. L’i validatio conditionnelle de Myocd (le gène codant pour la myocardine) dans les VSMC dérivées de la crête neurale présente un PDA et il est létal dans les 3 jours suivant la naissance (Huang et al., 2008). Cette létalité postnatale est associée à un déficit de protéi nes contractiles : SMA, SM-MHC et SM α. En reflet de cette moindre présence de protéines contractiles, les auteurs
observent une augmentation des dépôts de MEC : Fibronectine et Laminine. Cela suggère une présence accrue de VSMC synthétiques plutôt que contractiles et donc un défaut de contractilité (Huang et al., 2008).
TFAP2B est un facteur de transcription spécifique des cellules de la crête Neurale. Des mutatio s de e g e so t espo sa les du s d o e de Cha hez l’ho e, u e pathologie associant PDA, dimorphisme facial et anomalies des mains. Cette pathologie sera développée davantage dans la partie consacrée aux pathologies humaines associées à un PDA. Les souris homozygotes Tfap2b-/- meurent dans les 24h suivant la naissance pour la grande majorité, et toutes p se te t u PDA. Les auteu s ’ tudie t pas e d tail le phénotype des VSMC dans cette invalidation (Zhao et al., 2011). Cepe da t, l’ uipe de Cl a avait a al s e la e sou is et avait trouvé une quantité moins importante de Calponine dans le DA à E18.5, suggérant que l’a se e de de TFAP B conduisait à un défaut de maturation des VSMC. Ils suggéraient aussi que la di i utio d’e p essio d’ET-1 chez les Tfap2b-/- pouvait t e espo sa le d’u p o l e de différenciation des VSMC (Ivey et al., 2008). Ils s’appu aie t pou ela su des sultats d o t a t
ue l’ET-1 favorise la différenciation des VSMC (Hahn et al., 1992).
L’ tude g ale du ph ot pe de la sou is Tfap2b-/- est surprenante. Elle a été initialement générée par Moser qui a trouvé que sa létalité postnatale était associée à une insuffisance rénale (Moser et al., 2003), sa s d i e u ph ot pe su le DA. Elle s’est e suite et ouvée entre les mains du groupe de Clyman, grand spécialiste du DA, qui décrit en 2008 les régulations transcriptionnelles asso i es à l’i validation de Tfap2b (HIF2A et ET- . Pou auta t il e pa le pas d’u ph ot pe de PDA. Et e ’est do u’e ue ce phénotype est décrit, à nouveau par le groupe de Moser.
L’i validatio de Jag1 illust e la essit pou les VSMC d’a u i u ph ot pe o t a tile da s l’e se le de la dia. JAG1 est exprimé dans les CE et les VSMC et est un ligand de la voie NOTCH. Cette voie de sig alisatio joue des ôles t s i po ta ts da s l’e oge se et le développement cardiaque. La majorité des KO de cette voie sont létaux. En ciblant Jag1 dans les VSMC grâce à la souris SM α-Cre, les auteurs obtiennent une létalité post-natale rapide. Les souris eu e t da s les à h et % p se te t u PDA asso i à u e di i utio de l’e p essio de gènes codant pour des protéines contractiles : SM , SMA α, SMA g, s oothli e, calponine. Mais surtout, ces souris ont un défaut de propagation du signal de différentiation des VSMC contractiles dans la profondeur de la media. JAG1 étant exprimé dans les CE, la première couche de SMC peut se différencier et devenir contractile. Mais les couches profondes du DA en sont incapables (Figure 40) (Feng et al., 2010).
Figure 40 Défaut de différenciation des SMC dans les souris avec une invalidation de Jag1 dans les SMC. (Feng et al., 2010)
ILK (Integrin Linked Kinase) est une kinase localisée aux adhésions focales et permettant de fai e le lie e t e la MEC et le tos uelette d’a ti e via les i t g i es β et β . Les sou is Ilk-KO da s les VSMC ave la sou is SM α-Cre) présentent aussi une létalité post-natale associée à un PDA. Ce PDA est concomitant d’u e alt atio du ph ot pe o t a tile des VSMC, ave u e moindre expression des ARNm de protéines contractiles : SM α, SMA, SM-MHC. Au niveau de la MEC, les auteurs notent la présence de fibres élastiques interrompues, associées à une diminution de la quantité de fibronectine, avec toutefois davantage de Fibrilline-1 (Shen et al., 2011).
L’i validatio la plus d asti ue affe ta t le ph ot pe o t a tile des VSMC pourrait être à première vue celle du gène codant pour la protéine SMMHC (Myh11). Cependant, bien que ces souriceaux meurent dans les 24h suivant leur naissance, leur DA se ferme, mais avec du retard (Morano et al., 2000). Chez l’ho e, la utatio de la MYH est espo sa le d’u s d o e associant PDA et TAAD (Thoracic Aortic Aneurysm and Dissection) (Zhu et al., 2006).
L’i validatio de Brg1 dans les VSMC est la cause de défauts de contractilité qui se traduisent par un PDA chez 30% des souriceaux (Zhang et al., 2011a). BRG1 est la sous-unité ATPase du complexe BAF (Brg1/Brm-associated factor) qui est le principal complexe de remodelage de la chromatine ATP-dépendant chez les vertébrés (Hang et al., 2010).
Tableau 4 I validatio s tou ha t les VSMC du DA et leu s o s ue es su la su ve ue d’u PDA.
Symbole et nom du gène Génotype % PDA % mortalité
néonatale Référence
Myh11 SM-MHC Smooth muscle myosine heavy chain Myh11-/- 6 à 12h de délai 100 (Morano et al., 2000)
Myocd Myocardin inactivée dans les cellules de la crête neurale
Myocd f/f Wnt1
Cre+ Pax3 Cre+ >95 >95
(Huang et al., 2008)
Jag1 Jag1 inactivé dans les VSMC Jag1 f/F Sm22a-Cre+ (Tagln-Cre+) 95 100 à P2 (Feng et al., 2010) Brg1 Brahma-Related Gene 1 inactivé dans les VSMC
Brg1 f/f Myh11
Cre+ 30 40 (Zhang et al., 2011a)
Tfap2b Transcription factor AP- 2-beta Tfap2b-/- 100 100 (Zhao et al., 2011) (Ivey et al., 2008) (Moser et al., 2003) Ilk Integrin-linked protein
kinase
ILK f/F Sm22a-
Cre+ (Tagln-Cre+) 100 100
(Shen et al., 2011)
3. Autres invalidations
E , le g oupe de Masse e g a is e vide e l’i pli atio des pla uettes da s la fe etu e du DA. A l’appui de leu d o st atio , ils utilise t souris KO : Itga2b-/- et Nfe2-/-. ITGA2B (CD41 est u e i t g i e sp ifi ue du lig age pla uettai e i pli u e da s l’ag gatio pla uettai e et da s l’adh sio au fibrinogène et au facteur de Von Willebrand. NFE2 est un facteur de transcription régulant la maturation et la différenciation des mégacaryocytes. 30 % des souriceaux
Itga2b-/- présentent un PDA 12h après leur naissance et 70% des souriceaux Nfe2-/- (Echtler et al.,
2010).
Le groupe de Coceani a étudié le KO du récepteur ETA, le epteu de l’e doth li e-1. Cette tude s’i t g e da s leu od le de d te tio de l’O2 via les cytochromes P , l’ET-1 et ETA. Les
souriceaux se portent bien et leur DA se ferme normalement. Cependant sa contractilité en réponse à l’O2 est moindre. Ce résultat plaide pour un rôle mineur de la signalisation ET-1/ETA sur la
fermeture du DA (Coceani et al., 1999).
MF1 (FOXC1) est un facteur de transcription exprimé dans de multiples tissus. Les souriceaux
Mf1-KO meurent très rapidement à la naissance et présentent un PDA dans 100% des cas. Mais ils
sont également in apa les de espi e à ause de l’a se e de ste u . Les auteu s ette t do l’h poth se ue le ai tie de l’ouve tu e du DA est li à e p o l e de espi atio plutôt u’à u défaut de maturation des VSMC ou de remodelage de la paroi (Winnier et al., 1999).
L’i validatio totale de Has2 est létale au cours du développement embryonnaire (E10) du fait de graves défauts cardiaques et vasculaires et d’u e a se e de t a sfo atio de l’ pith liu e se h e. Les oussi s de l’AVC ui so t les précurseurs des valves mitrale et tricuspide) ne se forment pas chez les Has2-/-, hez ui la t a ulatio ’a également pas lieu (Camenisch et al., 2000). Le KO conditionnel de Has2 sous contrôle du promoteur de Prx1 a été réalisé, initialement pour étudier le développement squelettique. Prx1 est en effet un facteur de transcription exprimé dans le mésoderme des membres en développement. Cependant, PRX1 est également exprimé dans le DA et les souriceaux survivent à la période postnatale (Matsumoto et al., 2009). Il serait nécessaire d’ tudie plus e d tail e ph ot pe au iveau du DA, ou d’utilise d’aut es promoteurs, comme celui de Sm22α ou de Tfap2b, pour réaliser d’aut es invalidations conditionnelles de Has2.
Tableau 5 I validatio s va i es et leu s o s ue es su la su ve ue d’u PDA
Symbole et nom du gène Génotype %
PDA
% mortalité
néonatale Référence
Itga2b Integrin alpha-IIb CD41
GPalpha IIb
Itga2b -/- 30
(Echtler et al., 2010) Nfe2 Transcription factor NF-E2
45 kDa subunit
Nuclear factor, erythroid- derived 2
Nfe2-/- 70
EtA Endothelin-1 receptor
Eta-/- 0 0 (Coceani et al.,
1999) Foxc1 Forkhead box protein C1
(Mesoderm forkhead 1 MF- 1)
Foxc1-/- 100 100 (Winnier et al., 1999)
Has2 Hyaluronic acid synthase 2 Has2 f/f
Prx1Cre 0 0
(Matsumoto et al., 2009)
4. Autres modèles animaux
Les rats de la souche Brown Norway (BN) présentent un taux très élevé de PDA (86%). Les a i au su vive t a oi s jus u’à l’âge adulte a le shu t ’est pas h modynamiquement significatif. De fait leur DA est souvent sténosé ou diverticulaire. Finalement, la transformation en liga e t ’a pas eu lieu, e ue les auteu s att i ue t à u e pa titio a o ale de l’ lasti e et à ses effets subséquents sur la migration et la prolifération des VSMC (Bokenkamp et al., 2006).
Certaines souches de Beagles présentent des taux relativement élevés de PDA. Certaines équipes se sont servies de ce modèle pour réaliser des études structurales du DA dans les années 1980. Mais ce modèle ’est plus utilisé depuis longtemps.