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Quel est le rôle des RAGE ?

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Selon les articles que j'ai lus, les AGE (produits finaux de glycation avancée) activent les RAGE (récepteurs des AGE). Cette activation augmente les niveaux de ROS (espèces réactives de l'oxygène) dans les cellules.

Les radicaux libres peuvent endommager les cellules, ce qui n'est certainement pas bon. Que pensez-vous, quel est le rôle des RAGEs, qui est plus important que les dommages cellulaires ?


Signalisation RAGE en biologie squelettique

Objet de l'examen : Le récepteur des produits finaux de glycation avancée (RAGE) et plusieurs de ses ligands ont été impliqués dans l'apparition et la progression de pathologies associées au vieillissement, à l'inflammation chronique et au stress cellulaire. En particulier, le rôle de RAGE et de ses ligands dans le tissu osseux dans des conditions physiologiques et pathologiques a été étudié. Cependant, la mesure dans laquelle la signalisation RAGE régule l'homéostasie osseuse et l'apparition de la maladie reste incertaine. En outre, les effets du RAGE dans les différentes cellules osseuses et si ces effets sont spécifiques au type cellulaire est inconnu. L'objectif de la présente revue est de décrire la littérature sur la signalisation RAGE en biologie squelettique ainsi que de discuter du potentiel clinique de RAGE en tant que cible diagnostique et/ou thérapeutique dans les maladies osseuses.

Découvertes récentes : Le rôle de RAGE et de ses ligands au cours de l'homéostasie squelettique, de la réparation tissulaire et de l'apparition/de la progression de la maladie commence à être découvert. Par exemple, des effets néfastes des ligands RAGE, produits finaux de glycation avancée (AGE), ont été identifiés pour la viabilité/activité des ostéoblastes, tandis que d'autres ont observé qu'une faible exposition aux AGE stimule l'autophagie des ostéoblastes, ce qui favorise par la suite la viabilité et la fonction. Des résultats similaires ont été rapportés avec HMGB1, un autre ligand RAGE, dans lequel des niveaux élevés du ligand sont associés à l'apoptose des ostéoblastes/ostéocytes, tandis que l'administration à faible niveau/court terme stimule la différenciation des ostéoblastes/la formation osseuse et favorise la guérison des fractures. De plus, des niveaux élevés de plusieurs ligands RAGE (AGE, HMGB1, protéines S100) induisent l'apoptose des ostéoblastes/ostéocytes et stimulent la production de cytokines, qui est associée à une différenciation/activité accrue des ostéoclastes. Inversement, l'exposition directe au RAGE-ligand dans les ostéoclastes peut avoir des effets inhibiteurs. Ces observations permettent de conclure que la résorption osseuse élevée observée dans des conditions de forte circulation de ligands et d'expression de RAGE est due à des actions sur les ostéoblastes/ostéocytes plutôt qu'à des actions directes sur les ostéoclastes, bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour étayer les observations. Des études récentes ont démontré que RAGE et ses ligands jouent un rôle physiologique important dans la régulation du développement squelettique, l'homéostasie et la réparation/régénération. A l'inverse, des niveaux élevés de RAGE et de ses ligands sont clairement liés à diverses maladies associées à une perte et une fragilité osseuses accrues. Cependant, malgré les avancées récentes dans le domaine, de nombreuses questions concernant RAGE et ses ligands en biologie squelettique restent sans réponse.

Mots clés: Os Ostéoblaste Ostéoclaste Ostéocyte Ostéoporose RAGE.

Déclaration de conflit d'intérêts

Lillian Plotkin, Alyson Essex et Hannah Davis ne déclarent aucun conflit d'intérêts.


Revoir

Introduction

Le récepteur des produits finaux de glycation avancée [RAGE] est un membre de la superfamille des immunoglobulines, codé dans la région de classe III du complexe majeur d'histocompatibilité [1–4]. Ce récepteur multiligand a un domaine de type V, deux domaines de type C, un domaine transmembranaire et une queue cytoplasmique. Le domaine V possède deux sites de N-glycosylation et est responsable de la plupart (mais pas de la totalité) de la liaison au ligand extracellulaire [5]. On pense que la queue cytoplasmique est essentielle pour la signalisation intracellulaire, se liant peut-être à diaphanous-1 pour médier la migration cellulaire [6]. À l'origine, les produits finaux de glycation avancée (AGE) étaient en effet considérés comme ses principaux ligands activateurs, mais depuis lors, de nombreux autres ligands de RAGE, y compris les motifs moléculaires associés aux dommages (DAMP) ont été identifiés [1, 7, 8]. RAGE est donc considéré comme un récepteur de reconnaissance de motifs (PRR), ayant une grande variété de ligands [9–11].

Le RAGE est exprimé à la fois sous forme de formes entières, liées à la membrane (fl-RAGE ou mRAGE, à ne pas confondre avec le RAGE de souris) et sous diverses formes solubles dépourvues du domaine transmembranaire. Le RAGE soluble est produit à la fois par clivage protéolytique de fl-RAGE et par épissage alternatif d'ARNm. Les isoformes solubles comprennent les domaines extracellulaires mais manquent des domaines transmembranaire et cytoplasmique [12-15]. Le RAGE soluble dérivé spécifiquement du clivage protéolytique est sRAGE, bien que cette terminologie ne soit pas cohérente dans la littérature - sRAGE se réfère parfois au RAGE soluble en général. Le RAGE est exprimé à de faibles niveaux dans une large gamme de cellules adultes différenciées d'une manière régulée, mais dans les pneumocytes pulmonaires de type I matures, il est exprimé à des niveaux sensiblement plus élevés que dans d'autres types de cellules au repos. Il est fortement exprimé en quantités facilement détectables dans les cellules embryonnaires [16]. Le RAGE est également fortement exprimé et associé à de nombreux états pathologiques liés à l'inflammation tels que les maladies vasculaires, le cancer, la neurodégénérescence et le diabète (Figure 1) [17, 18]. Les exceptions sont les tumeurs pulmonaires et la fibrose pulmonaire idiopathique, dans lesquelles l'expression de RAGE diminue à partir d'un niveau plus élevé dans les tissus sains [19, 20].

RAGE est au cœur de nombreux processus biologiques fondamentaux. Se concentrer sur RAGE nous permet de voir de nombreux aspects de la biologie cellulaire désordonnée et des maladies chroniques associées. Le stress chronique favorise un large éventail de maladies par l'expression et la signalisation de RAGE, concentrant la réponse inflammatoire et réparatrice de l'hôte.

RAGE et RAGE soluble

L'ARNm du RAGE humain subit un épissage alternatif, tout comme avec d'autres protéines situées dans le locus MHC-III sur le chromosome 6. Une forme soluble avec une nouvelle extrémité C-terminale est détectée au niveau de la protéine, appelée « RAGE sécrétoire endogène » (esRAGE ou RAGE_v1) [21]. Cette forme est détectée par immunohistochimie dans une grande variété de tissus humains qui ne se colorent pas pour des quantités notables de fl-RAGE [22]. Plus de 20 variantes d'épissage différentes pour le RAGE humain ont été identifiées à ce jour. L'épissage du RAGE humain est très dépendant des tissus, l'ARNm de fl-RAGE étant le plus répandu dans les cellules pulmonaires et musculaires lisses aortiques, tandis que l'ARNm d'esRAGE est prévalent dans les cellules endothéliales. De nombreuses séquences d'épissage sont des cibles potentielles de la voie de la décomposition à médiation non-sens (NMD) et sont donc susceptibles d'être dégradées avant l'expression de la protéine. Plusieurs autres manquent de la séquence signal sur exon1 et donc la protéine exprimée pourrait être sujette à une dégradation prématurée. Les seules variantes humaines qui ont été détectées au niveau des protéines in vivo Il s'agit de fl-RAGE, sRAGE et esRAGE [17, 22].

Le fl-RAGE humain est également soumis à un clivage protéolytique par la métalloprotéinase membranaire ADAM10, libérant le domaine extracellulaire sous forme d'isoforme soluble [12-14]. Les anticorps dirigés contre la nouvelle extrémité C-terminale d'esRAGE ne reconnaissent pas l'isoforme résultant du clivage protéolytique. Dans le sérum, l'espèce prédominante est le clivage protéolytique et non l'isoforme d'épissage de l'ARNm [12]. L'amélioration du clivage protéolytique augmentera les niveaux de RAGE soluble, tandis que l'inhibition augmentera les niveaux de fl-RAGE. Ce processus de clivage est modulé par les niveaux de Ca++, et après le clivage protéolytique, le fragment C-terminal lié à la membrane restant est soumis à une dégradation supplémentaire par la -sécrétase [13, 14]. Le clivage du fragment C-terminal par la -sécrétase va libérer un domaine intercellulaire RAGE (RICD) dans l'espace cytosolique/nucléaire. Même si RICD n'a pas encore été détecté et est vraisemblablement dégradé rapidement, la surexpression d'une forme recombinante de RICD augmentera l'apoptose telle que mesurée par le test TUNEL, indiquant que le traitement de RAGE a un autre rôle intercellulaire [14].

L'ARNm de fl-RAGE murin subit également un épissage alternatif, et certains des produits d'épissage sont des orthologues d'esRAGE [23]. À ce jour, plus de 17 épissures différentes d'ARNm ont été détectées. Comme pour les variantes d'épissage humain, les variantes d'épissage de souris sont exprimées de manière tissu-dépendante et nombre d'entre elles sont des cibles de NMD. Plusieurs modèles d'épissage communs existent lorsque l'on compare le RAGE humain et murin, bien que les variantes qui donneraient lieu à une isoforme soluble soient beaucoup plus rares chez la souris [15].

Le RAGE recombinant a été cloné dans une variété de vecteurs d'expression, et le RAGE soluble natif a été purifié à partir de poumons murins, bovins et humains [24-28]. Une isoforme soluble recombinante prend un phénotype dominant négatif et bloque la signalisation. Le RAGE soluble peut agir comme un « récepteur leurre » extracellulaire, s'opposant au fl-RAGE et à d'autres récepteurs en se liant aux DAMP et à d'autres ligands et en inhibant le recrutement des leucocytes dans diverses affections inflammatoires aiguës et chroniques [4]. esRAGE et sRAGE agissent tous deux comme des récepteurs leurres pour le ligand HMGB1 [12]. Cependant, le RAGE soluble a des fonctions autres que le simple blocage de la fonction fl-RAGE et exerce des propriétés pro-inflammatoires par interaction avec Mac-1 [10, 29]. Ainsi, bien que le RAGE soluble ait des propriétés protectrices dans le cadre de l'inflammation chronique, il pourrait être mieux décrit comme un biomarqueur de l'inflammation chronique [30, 12]. Les informations sur les effets à long terme du traitement avec le RAGE soluble exogène ne sont toujours pas disponibles, et il n'a pas encore été démontré que les niveaux plasmatiques de RAGE soluble sont suffisants pour agir efficacement comme un récepteur leurre. in vivo [18].

Les deux propriétés différentes du RAGE soluble (récepteur leurre et pro-inflammatoire) et les différentes voies associées à sa production pourraient expliquer pourquoi il existe des corrélations à la fois positives et négatives entre ses niveaux dans le sérum humain et la maladie. Le RAGE soluble total dans le sérum est significativement plus faible chez les hommes non diabétiques atteints de maladie coronarienne que chez ceux sans [31]. Comme évalué par l'hypersensibilité de type retardé et la colite inflammatoire, le RAGE soluble a supprimé l'inflammation chez les souris déficientes en IL-10, réduit l'activation de NFκB et réduit l'expression des cytokines inflammatoires [32, 33]. Les souris knock-out RAGE ont une capacité limitée à maintenir l'inflammation et à altérer l'élaboration et la croissance des tumeurs. Ainsi, RAGE entraîne et favorise les réponses inflammatoires au cours de la croissance tumorale à plusieurs stades et joue un rôle central dans l'inflammation chronique et le cancer [34].

Des niveaux inférieurs de niveaux de RAGE soluble sont trouvés dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA), et des niveaux inférieurs d'esRAGE prédisent la mortalité cardiovasculaire chez les patients atteints d'insuffisance rénale terminale [35, 36]. Chez les patients atteints de diabète de type 2, des niveaux plus élevés de RAGE soluble sont en corrélation positive avec d'autres marqueurs inflammatoires tels que MCP-1, TNF-α, AGEs et sVCAM-1 [37, 38]. Le RAGE soluble total mais pas l'esRAGE est corrélé à l'albuminurie dans le diabète de type 2 [39]. Fait intéressant, bien que les changements dans les taux sériques humains de RAGE soluble soient très bien corrélés avec la progression des pathologies liées à l'inflammation, dans le sérum de souris, le RAGE soluble est indétectable [18]. Cela contraste avec l'importance de l'épissage et du clivage protéolytique des formes RAGE solubles chez la souris et l'homme [15]. Une mise en garde est que bien que les dosages ELISA de RAGE soluble dans le sérum montrent une précision et une reproductibilité élevées, les niveaux montrent une variation élevée (500-3500 ng/L P < 0.05) parmi les donneurs par ailleurs sains [40]. Les niveaux de RAGE solubles sont en corrélation avec les niveaux d'AGE même chez les sujets non diabétiques [41]. Ainsi, bien qu'une mesure de RAGE soluble puisse ne pas être suffisante pour prédire un état pathologique, des changements de niveaux au fil du temps pourraient être prédictifs du développement d'une maladie.

La signalisation RAGE perpétue la réponse immunitaire et inflammatoire

Une revue récente couvre largement le rôle de la signalisation RAGE dans le diabète et la réponse immunitaire [18]. L'activation de plusieurs molécules de signalisation intracellulaires, y compris le facteur de transcription NF-κB, les MAP kinases et les molécules d'adhésion sont notées après l'activation de RAGE. Le recrutement de telles molécules et l'activation des voies de signalisation varient selon les ligands RAGE individuels. Par exemple, HMGB1, S100B, Mac-1 et S100A6 activent RAGE via des voies de transduction de signal distinctes [42, 43]. Ann Marie Schmidt a proposé un modèle « à deux coups » pour la perturbation vasculaire médiée par RAGE et ses ligands [9]. Ce modèle "à deux coups" émet l'hypothèse que le premier "coup" est une expression accrue de RAGE et de ses ligands exprimés dans le système vasculaire. Le deuxième "coup" est la présence de diverses formes de stress (par exemple, le stress ischémique, les stimuli immunitaires/inflammatoires, le stress physique ou les lipoprotéines modifiées), conduisant à une réponse cellulaire exagérée favorisant le développement de lésions vasculaires. Plus important encore, l'engagement de RAGE perpétue l'activation de NF-kB par la synthèse de novo de NF-kBp65, produisant ainsi un pool en constante augmentation de ce facteur de transcription pro-inflammatoire [44]. Le RAGE est associé à des réponses amplifiées de l'hôte dans plusieurs conditions pathologiques, notamment le diabète, l'inflammation chronique, les tumeurs et les troubles neurodégénératifs [18]. De même, nous postulons que pendant les périodes de perturbation de la barrière épithéliale, le signal 1, un stimulus de facteur de croissance et le signal 2, diverses formes de stress, en conjonction avec les ligands RAGE et RAGE, contribuent à la médiation de cet effet.

RAGE Ligands

Les ligands RAGE appartiennent à plusieurs familles distinctes. Ils comprennent les protéines de la famille High Mobility Group, y compris le prototype HMGB1/amphotérine, les membres de la famille des protéines S100/calgranuline, les protéines matricielles telles que le collagène I et IV, le peptide Aβ et certains produits finaux de glycation avancés tels que la carboxyméthyllysine (CML-AGE) [ 4, 6, 16, 45]. Tous les membres de ces familles n'ont pas été identifiés comme des ligands RAGE, et de nombreux ligands RAGE ont une variété d'effets indépendants de RAGE [46]. Les molécules d'AGE sont répandues dans des conditions pathologiques marquées par le stress oxydatif, la génération d'espèces méthoxyles et l'augmentation de la glycémie, comme dans le diabète de type 2 [6, 27]. La famille S100/calgranuline se compose de polypeptides de liaison au calcium étroitement apparentés qui agissent comme des cytokines extracellulaires pro-inflammatoires.

L'accumulation et l'engagement de ligands régulent à leur tour l'expression de RAGE [2]. On ne sait pas pourquoi certains ligands (tels que HMGB1, certains S100 et CML-AGE) provoquent une forte signalisation pro-inflammatoire via RAGE, tandis que des molécules similaires (telles que pentosidine-AGE et pyrraline-AGE) semblent avoir beaucoup moins ou pas signalisation. L'hypothèse la plus communément acceptée pour concilier ces différences implique l'oligomérisation du ligand. Parmi les ligands RAGE identifiés, ceux qui s'oligomérisent activent plus fortement RAGE [3]. Les oligomères de ligands pourraient potentiellement recruter plusieurs récepteurs RAGE ainsi que des récepteurs Toll-like [TLR] à la surface cellulaire ou au niveau des vésicules intracellulaires et induire leur regroupement à la surface cellulaire. Par exemple, les dimères S100 et les multimères d'ordre supérieur se lient à plusieurs récepteurs, dont le TLR4, et le regroupement de RAGE pourrait favoriser une réponse tout aussi forte [47]. Des études récentes montrent que les AGEs et certains multimères S100 regrouperont RAGE de cette manière [11, 48, 49]. Cependant, cela n'explique pas complètement pourquoi certains ligands activeront fortement RAGE alors que d'autres structurellement similaires ne semblent pas l'activer du tout [50].

Présentation de HMGB1 et de la famille de protéines HMG

Les protéines HMG (High Mobility Group) sont des protéines chromosomiques très basiques, nucléaires et non histones, dont HMGB1 est le seul membre dont il a été démontré qu'il active RAGE. Les protéines HMG ne doivent pas être confondues avec le composé non apparenté de la voie du mévalonate « HMG-CoA » (3-hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A) et « inhibiteurs de la HMG-CoA réductase » (statines) [51]. Les protéines HMG ont été identifiées pour la première fois dans le thymus de veau en 1973 et nommées pour leur grande mobilité dans les gels de séparation des protéines [52]. Typiquement, ils ont un pourcentage élevé d'acides aminés chargés et ont une masse inférieure à 30 kDa. Les protéines HMG sont exprimées dans presque tous les types cellulaires, relativement abondantes dans les tissus embryonnaires, et se lient à l'ADN de manière dépendante du contenu mais indépendante de la séquence [53]. Ils sont importants dans le remodelage de la chromatine et ont de nombreuses autres fonctions. Les données de knock-out chez la souris montrent que la perte de l'une des protéines HMG entraînera des changements phénotypiques délétères détectables. Parmi celles-ci, les souris HMGB1 (-/-) meurent d'hypoglycémie dans les 24 heures suivant la naissance [54, 55]. Le rétrocroisement prolongé de l'allèle knock-out dans diverses souches murines a révélé un phénotype encore plus profond avec des souris mourant par E15 de développement [Marco Bianchi, communication personnelle]. L'homologie entre la souris et l'humain HMGB1 est extraordinaire avec seulement deux différences d'acides aminés observées. Une homologie profonde similaire existe dans toutes les espèces de vertébrés avec 85% d'homologie avec le poisson zèbre.

Il existe trois sous-classifications de protéines HMG : HMGA, HMGB et HMGN (tableau 1). Il existe également un ensemble similaire connu sous le nom de protéines à motif HMG. Les protéines à motif HMG diffèrent en ce qu'elles sont spécifiques du type cellulaire et se lient à l'ADN d'une manière spécifique à la séquence. Les protéines HMGA (anciennement HMGI/Y) se distinguent des autres protéines HMG par le fait qu'elles possèdent trois séquences AT-hook (qui se lient à des séquences d'ADN riches en AT) [56, 57]. Ils ont également une queue C-terminale quelque peu acide, bien que le HMGA1c récemment découvert n'ait pas de queue acide et seulement deux crochets AT. Les protéines HMGN (anciennement HMG14 et HMG17) ont des domaines de liaison nucléosomiques. Les protéines HMGB (anciennement HMG1 à HMG4) se distinguent par leurs deux boîtes de liaison à l'ADN qui ont une forte affinité pour l'ADN CpG, les noyaux apoptotiques et les structures très courbées telles que les jonctions Holliday à quatre voies et l'ADN platiné/modifié au platine. Les protéines HMGB ont une longue queue acide C-terminale à l'exception de HMGB4, qui a récemment été détectée au niveau des protéines dans les testicules où elle agit comme un répresseur transcriptionnel [58]. La queue acide HMGB se compose d'au moins 20 résidus d'acide aspartique et glutamique consécutifs. Une queue acide C-terminale de cette longueur et de cette composition est rarement observée dans la nature, bien que quelques autres protéines liées à l'autophagie et à l'apoptose telles que la parathymosine aient une longue étendue interne de peptides acides [59-61].

Parmi les protéines HMG, HMGB1 a un rôle cytosolique et extracellulaire supplémentaire en tant que protéine favorisant l'autophagie et en tant que cytokine sans leader, respectivement [62]. Les macrophages, les cellules NK et les DC matures sécrètent activement HMGB1, et les cellules nécrotiques le sécrètent passivement. HMGB1 a également été détecté dans le cytosol, selon le type cellulaire, où il a un rôle positif majeur dans la régulation de l'autophagie [63].Bien que HMGA1 ait un rôle dans l'export de HIPK2 (Homeodomain-interacting protein kinase 2, a proapoptotic activator of p53) du noyau vers le cytoplasme [64], les protéines HMG autres que HMGB1 sont très rarement détectées en dehors du noyau. Cela explique probablement pourquoi HMGB1 est le seul membre de la famille qui active RAGE [65]. Étant donné que HMGB1 effectue une translocation entre le noyau et le cytosol, il est possible qu'il puisse se lier au RAGE soluble dans le cytosol et ainsi jouer un rôle dans la régulation de son activité.

Biochimie de HMGB1

HMGB1 est une protéine hautement conservée composée de 215 acides aminés. Il est exprimé dans presque toutes les cellules de mammifères. Le HMGB1 humain partage une similitude de 80 % avec le HMGB2 et le HMGB3 [55]. Il possède deux boîtes de liaison à l'ADN riches en lysine (A- et B-) séparées par un court linker. Les boîtes sont séparées de la queue acide C-terminale par une autre séquence de liaison se terminant par quatre lysines consécutives. Une isoforme que l'on pense résulter du clivage de la queue acide a été détectée in vivo [66]. HMGB1 a trois cystéines, dont les deux premières cystéines vicinales (Cys 23 et 45, basées sur Met1 comme Met initial dans la protéine immature) peuvent former une liaison disulfure interne dans la boîte A. La boîte A et l'état d'oxydation de ces deux cystéines jouent un rôle important dans la capacité de HMGB1 à se lier à des substrats. L'oxydation de ces deux cystéines réduira également l'affinité de HMGB1 pour l'ADN CpG [67, 68]. L'ajout d'une boîte A recombinante antagonise la capacité de HMGB1 à se lier à d'autres substrats [67, 69]. Il reste à déterminer si l'action de la boîte A est le résultat d'une inhibition compétitive en se liant à d'autres substrats ou en interférant avec la capacité de la boîte B à se lier aux substrats. Les deux boîtes agissant de concert reconnaîtront l'ADN courbé [70]. La troisième cystéine (Cys106, dans la B-box) reste souvent réduite et est importante pour la translocation nucléaire [68]. La région autour de cette cystéine est la zone minimale avec une activité cytokinique [65]. HMGB1 subit d'importantes modifications post-traductionnelles, y compris l'acétylation de certaines lysines, affectant sa capacité à faire la navette entre le noyau et le cytosol [71, 72]. L'accessibilité à la liaison à l'ADN et à la modification post-traductionnelle peut être modulée par les interactions de la queue acide avec la B-box basique [73-75]. Les signaux HMGB1 via TLR2, TLR4 et TLR9 en plus de RAGE [76, 77]. Il se lie également à la thrombomoduline et au syndécan par des interactions avec la B-box [78].

Évolution du HMGB1

Les protéines HMG peuvent être trouvées dans les organismes multicellulaires les plus simples [79]. Les deux boîtes d'ADN résultent de la fusion de deux gènes individuels à une seule boîte [80]. La structure à deux boîtes le rend particulièrement avide d'ADN courbé et est hautement conservé parmi de nombreux organismes [81, 82]. Cette similitude fait de la génération d'anticorps spécifiques de HMGB1 un défi. La réactivité croisée des anticorps pourrait résulter de la forte similitude de HMGB1 entre les espèces individuelles, de HMGB1 avec d'autres protéines HMGB, et même des histones HMGB1 avec H1 (Sparvero, Lotze et Amoscato, données non publiées). La possibilité d'une identification erronée de HMGB1 doit être soigneusement exclue dans toute étude. Une façon de distinguer les protéines HMGB les unes des autres est la longueur de la queue acide (30, 22 et 20 résidus acides consécutifs pour HMGB1, 2 et 3 respectivement, tandis que HMGB4 n'en a pas). Les queues acides sont précédées d'un site de clivage tryptique proximal, et elles ont toutes des compositions légèrement différentes. Cela fait de la spectrométrie de masse associée à la digestion trypsique un moyen d'identification attrayant.

Niveaux normaux/sains de HMGB1

L'expression relative de HMGB1 varie considérablement en fonction de l'état et du type des tissus. Les tissus indifférenciés et enflammés ont tendance à avoir une plus grande expression de HMGB1 que leurs homologues. La rate, le thymus et les testicules contiennent des quantités relativement importantes de HMGB1 par rapport au foie. La localisation subcellulaire varie, le foie HMGB1 ayant tendance à se trouver dans le cytosol plutôt que dans le noyau [55, 83]. Le HMGB1 est présent dans certaines cellules à des niveaux dépassés uniquement par l'actine et estimés à 1 × 10 6 molécules par cellule, soit un dixième de l'abondance des histones du noyau total. Mais ce nombre doit être considéré avec une certaine prudence car il comprend des lignées cellulaires transformées et ne définit pas les niveaux d'abondance de HMGB1. in vivo dans la plupart des lignées cellulaires [55]. Les taux sériques de HMGB1 (tels que déterminés par Western Blot) ont été rapportés avec de larges plages : 7,0 ± 5,9 ng/mL chez les patients sains, 39,8 ± 10,5 ng/mL dans le foie cirrhotique et 84,2 ± 50,4 ng/mL dans le carcinome hépatocellulaire [84 ]. À titre de comparaison, les taux de protéines sériques totales humaines varient d'environ 45 à 75 mg/mL, et les taux de protéines cytosoliques totales sont d'environ 300 mg/mL [85, 86]. Cela place le sérum HMGB1 dans la fourchette basse de la partie par million en masse, ce qui rend difficile la détection et la séparation des protéines sériques très abondantes.

HMGB1 et RAGE dans le cancer et l'inflammation

HMGB1, avec RAGE, est régulé positivement dans de nombreux types de tumeurs (tableau 2). HMGB1 est libéré passivement des cellules nécrotiques mais pas de la plupart des cellules apoptotiques. La raison en est inconnue, mais a été supposée être le résultat de modifications redox ou d'une sous-acétylation des histones dans les cellules apoptotiques [87, 88]. Les cellules nécrotiques HMGB1(-/-) sont gravement entravées dans leur capacité à induire une inflammation. La signalisation HMGB1, en partie via RAGE, est associée à la signalisation ERK1, ERK2, Jun-NH2-kinase (JNK) et p38. Cela se traduit par l'expression de NFκB, des molécules d'adhésion (ICAM et VCAM, conduisant au recrutement de macrophages et de neutrophiles), et la production de plusieurs cytokines (TNFα, IL-1α, IL-6, IL-8, IL-12 MCP-1, PAI-1 et tPA) [89]. Une notion émergente est que la molécule en elle-même a peu d'activité inflammatoire mais agit avec d'autres molécules telles que l'IL-1, les ligands TLR2, les ligands LPS/TLR4 et l'ADN. La signalisation HMGB1 via TLR2 et TLR4 entraîne également l'expression de NFκB. Cela favorise l'inflammation grâce à une boucle de rétroaction positive puisque NFκB augmente l'expression de divers récepteurs, notamment RAGE et TLR2. La stimulation par le LPS des macrophages conduira à une libération précoce de TNFα (en quelques heures) et plus tardive de HMGB1 (après plusieurs heures et en quelques jours). Cibler HMGB1 avec des anticorps pour prévenir la létalité des endotoxines devient donc une possibilité thérapeutique intéressante, car l'anti-HMGB1 est efficace chez la souris même lorsqu'il est administré quelques heures après la stimulation du LPS [90]. La stimulation par HMGB1 des cellules endothéliales et des macrophages favorise la sécrétion de TNFα, qui à son tour améliore également la sécrétion de HMGB1 [91]. Un autre moyen d'induire la sécrétion de HMGB1 est le stress oxydant [92]. On pense que la forme activement sécrétée de HMGB1 est au moins partiellement acétylée, bien que la libération active et passive de HMGB1 favorise l'inflammation [71].

Une première observation remontant à 1973 est que les protéines HMG s'agrègent avec des protéines moins basiques [52]. HMGB1 se lie au LPS et à diverses cytokines telles que l'IL-1β. Cela se traduit par une production accrue d'interféron gamma (INFγ) par les PBMC (cellules mononucléées du sang périphérique) qui est beaucoup plus importante qu'avec le HMGB1 ou les cytokines seuls. La liaison de HMGB1 à RAGE est renforcée par l'ADN CpG. La capacité de HMGB1 à activer RAGE peut résulter davantage de sa capacité à former un complexe avec d'autres molécules pro-inflammatoires, ce complexe activant par la suite RAGE [93]. Par conséquent, tout test de liaison de RAGE uniquement par HMGB1 devra en tenir compte, car la contamination avec même de petites quantités d'ADN LPS ou CpG augmentera la liaison. La thrombomoduline concurrence RAGE pour le HMGB1 in vitro et le complexe résultant ne semble pas se lier à RAGE, suggérant une approche possible pour atténuer la signalisation RAGE-HMGB1 [78, 94]. En effet, la liaison à la thrombomoduline peut également conduire à un clivage protéolytique de HMGB1 par la thrombine, conduisant à un produit inflammatoire moins actif [94].

Un peptide constitué uniquement des résidus 150 à 183 de HMGB1 (l'extrémité de la boîte B et son lieur avec la queue acide) présente une liaison RAGE et rivalise avec succès avec la liaison HMGB1. in vitro [95]. Cette séquence est similaire aux 40 premiers acides aminés (la première séquence hélice-boucle-hélice EF-hand) de plusieurs protéines S100. Un mutant HMGB1 dans lequel les acides aminés 102 à 105 (FFLF, B-box middle) sont remplacés par deux glycines induit significativement moins de libération de TNFα par rapport à la pleine longueur HMGB1 dans les cultures de monocytes humains [96]. Ce mutant est également capable d'inhiber de manière compétitive la simulation HMGB1 de manière dose-dépendante lorsque les deux sont ajoutés.

HMGB1 est-il le seul activateur de RAGE de la famille HMG ?

Pour toutes les raisons notées ci-dessus, HMGB1 est le seul ligand HMG-box connu de RAGE. Aucune des autres protéines HMG nucléaires ne s'est avérée activer RAGE. Les protéines HMGB peuvent complexer l'ADN CpG et les structures fortement courbées telles que les jonctions Holliday à quatre voies et l'ADN platiné/modifié au platine, contrairement aux autres membres. Contrairement à d'autres protéines HMGB, HMGB1 est abondamment exprimée dans presque tous les tissus et est donc facilement disponible pour la translocation hors du noyau vers le cytosol pour une sécrétion active et passive. Bien qu'à titre de mise en garde, HMGB2 et HMGB3 sont également régulés à la hausse dans certains cancers et pourraient jouer un rôle en tant qu'activateurs de RAGE en plus de HMGB1. La similitude de ces protéines avec HMGB1 suggère dans divers tests qu'elles peuvent être mal identifiées et incluses dans les niveaux de HMGB1 rapportés. Les membres de la famille HMG et S100 se composent chacun de protéines similaires qui ont des propriétés d'activation de RAGE distinctes et souvent inapparentes.

Protéines S100 comme ligands RAGE et leur rôle dans l'inflammation

Une revue récente sur les protéines S100 a été publiée et fournit plus de détails que ceux donnés ici [97]. Nous nous concentrerons sur les éléments critiques nécessaires pour considérer leur rôle dans le cancer et l'inflammation. Les protéines S100 sont une famille de plus de 20 protéines exprimées exclusivement chez les vertébrés et caractérisées par deux motifs EF-hand liant le calcium reliés par une région charnière centrale [98]. Il y a plus de quarante ans, les premiers membres ont été purifiés à partir de cerveau de bovin et ont reçu le nom de "S-100" pour leur solubilité dans du sulfate d'ammonium à 100 % [99]. La plupart des premières protéines S100 identifiées se sont avérées se lier à RAGE, et donc la liaison à RAGE a été théorisée comme une propriété commune de toutes les protéines S100. Cependant, plusieurs des membres de la famille les plus récemment identifiés ne se lient pas à RAGE. Les gènes situés sur un cluster sur le chromosome humain 1q21 sont désignés comme les s100a sous-famille et sont numérotés consécutivement à partir de s100a1. Les gènes S100 ailleurs reçoivent une seule lettre, telle que s100b [100]. En général, l'ADNc de la souris et de l'humain S100 est homologue à 79,6 à 95 %, bien que le génome de la souris soit dépourvu du gène S100A12/EN-RAGE [101]. La plupart des protéines S100 existent sous forme d'homodimères non covalents dans la cellule [98]. Certains forment des hétérodimères avec d'autres protéines S100 - par exemple, l'hétérodimère S100A8/S100A9 est en fait la forme préférée trouvée dans la cellule. Les deux boucles de liaison EF-hand Ca++ sont chacune flanquées d'hélices . La boucle N-terminale est non canonique et a une affinité beaucoup plus faible pour le calcium que la boucle C-terminale. Les membres de cette famille diffèrent les uns des autres principalement par la longueur et la séquence de leurs régions charnières et la région d'extension C-terminale après les boucles de liaison. La liaison au Ca++ induit un grand changement conformationnel qui expose un domaine de liaison hydrophobe (sauf pour S100A10 qui est verrouillé dans cette conformation) [47]. Ce changement de conformation permet à un dimère S100 de se lier à deux protéines cibles et de former essentiellement un pont entre elles en tant qu'hétérotétramère [102]. En conséquence, les protéines S100 ont été appelées « capteurs de calcium » ou « commutateurs régulés par le calcium ». Certaines protéines S100 se lient également au Zn++ ou au Cu++ avec une affinité élevée, ce qui pourrait affecter leur capacité à se lier au Ca++ [101].

Les protéines S100 ont des profils d'expression très variables (tableau 3). Ils sont régulés à la hausse dans de nombreux cancers, bien que S100A2, S100A9 et S100A11 aient été rapportés comme des répresseurs tumoraux [50]. Les protéines S100 et les calgranulines sont exprimées dans divers types cellulaires, notamment les neutrophiles, les macrophages, les lymphocytes et les cellules dendritiques [2]. Les protéines S100 spécifiques des phagocytes et sans leader sont activement sécrétées via une voie alternative, contournant l'appareil de Golgi [103]. Plusieurs protéines S100 se lient au domaine de tétramérisation de p53, et certaines se lient également au domaine de régulation négative de p53. La liaison du domaine de tétramérisation de p53 (contrôlant ainsi son état d'oligomérisation) pourrait être une propriété commune à toutes les protéines S100 mais cela n'a pas été rapporté [104]. Leurs rôles dans la régulation du contrepoids entre l'autophagie et l'apoptose n'ont pas non plus été rapportés.

Les protéines S100 individuelles sont répandues dans une variété de maladies inflammatoires, en particulier S100A8/A9 (qui signale peut-être via RAGE en plus d'autres mécanismes) et S100A12 (qui signale certainement via RAGE). Ces maladies comprennent la polyarthrite rhumatoïde, l'arthrite juvénile idiopathique, les maladies auto-immunes systémiques et les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin. Le blocage de l'interaction S100-RAGE avec le RAGE soluble chez la souris a réduit l'inflammation colique chez les souris déficientes en IL-10, inhibé le développement de l'arthrite et supprimé l'infiltration cellulaire inflammatoire [43, 33, 32, 105]. Certaines protéines S100 ont des rôles dépendants de la concentration dans la cicatrisation des plaies, l'excroissance des neurites et le remodelage tissulaire.

Il y a plusieurs questions importantes qui doivent être abordées lors de l'examen des interactions S100-RAGE proposées : Cette interaction se produit-elle ? in vivo en plus de in vitro? Les effets observés pourraient-ils s'expliquer par un mécanisme indépendant de RAGE (voire en plus d'un mécanisme non RAGE) ? Cette interaction dépend-elle de l'état oligomérique de la protéine S100 ? (L'état oligomère S100 dépend lui-même de la concentration de Ca++ et d'autres ions métalliques ainsi que de l'environnement redox). Un domaine qui n'a pas reçu beaucoup d'attention est la possibilité de liaison de S100 à un RAGE soluble dans le cytosol ou le noyau (par opposition au RAGE soluble extracellulaire).

Les protéines S100 ne sont pas des ligands RAGE universels

Plusieurs des membres de la famille S100 ne sont pas des ligands RAGE. Bien qu'il n'y ait aucun moyen direct d'identifier la capacité de liaison de RAGE sur la base des séquences d'acides aminés des protéines S100, des conclusions peuvent être tirées sur la base des propriétés biochimiques communes des non-ligands S100 connus de RAGE : La première est que les non-ligands présentent une forte liaison au Zn++. La seconde est que leur liaison au Ca++ est entravée ou différente à certains égards des ligands S100 RAGE. Le troisième est que leur état d'oligomérisation est altéré ou inexistant.

Non-ligands de RAGE : S100A2, A3, A5, A10, A14, A16, G, Z

S100A2 est un homodimère qui peut former des tétramères lors de la liaison de Zn++, et cette liaison de Zn++ inhibe sa capacité à se lier à Ca++. Bien que deux ligands RAGE (S100B et S100A12) se lient également très bien au Zn++, l'effet sur eux est d'augmenter leur affinité pour le Ca++ [106, 107]. Le S100A3 apparenté se lie faiblement au Ca++ mais très fortement au Zn++ [101]. S100A5 est également un liant Zn++, mais il se lie au Ca++ avec une affinité 20 à 100 fois supérieure à celle des autres protéines S100. Il peut également lier Cu++, ce qui entravera sa capacité à lier Ca++ [108]. S100A10 (ou p11) est le seul membre de la famille S100 qui est insensible au Ca++. Il présente des altérations des acides aminés dans les deux domaines de liaison au Ca++ qui verrouillent la structure dans un état actif indépendamment de la concentration en calcium [109]. Il formera un hétérotétramère avec l'Annexine A2, et il a été appelé "chaîne légère d'Annexine A2" [110]. S100A14 n'a que 2 des 6 résidus conservés dans la main EF C-terminale, et donc sa capacité à se lier au Ca++ est probablement entravée [111]. S100A16 se lie faiblement au Ca++, avec un seul atome par monomère de protéine. Cependant, lors de l'ajout de Zn++, des agrégats supérieurs se forment [112]. S100G était également connu sous le nom de protéine de liaison au calcium dépendante de la vitamine D, CABP intestinale, Calbindin-3 et Calbindin-D9k [113]. C'est principalement un monomère en solution et lors de la liaison au Ca++, il ne présente pas les changements de conformation qui caractérisent de nombreuses autres protéines S100 [114]. S100Z est une protéine de 99 acides aminés qui se lie à S100P in vitro. Il existe sous forme d'homodimère qui lie Ca++ mais son état d'agrégation n'est pas affecté par Ca++ [115].

Ligands possibles de RAGE : S100A1, S100A8/9

Le S100A1 existe normalement sous forme d'homodimère et son ARNm est principalement observé dans le cœur, avec des taux décroissants dans les reins, le foie, la peau, le cerveau, les poumons, l'estomac, les testicules, les muscles, l'intestin grêle, le thymus et la rate. S100A1 est présent dans le cytoplasme et le noyau – la lignée cellulaire du muscle cardiaque du rat H9c2 est principalement nucléaire, le muscle squelettique adulte est principalement cytoplasmique. Le S100A1 est libéré dans le sang pendant les périodes ischémiques et le S100A1 extracellulaire inhibe l'apoptose via l'activation de ERK1/2 [101]. S100A1 se lie à la fois aux domaines de tétramérisation et de régulation négative de p53 [104]. S100A1 interagit avec S100A4 et ils s'opposent in vitro et in vivo [116]. Il y a encore un débat si S100A1 se lie à RAGE, bien que des travaux récents avec l'imagerie TEP de S100A1 marqué au Fluor-18 administré à des souris indiquent qu'il co-localise avec RAGE [117].

En plus de former des homodimères, S100A8 et S100A9 peuvent former des hétérodimères et des hétérotétramères entre eux d'une manière dépendante du calcium et de l'oxydation [101]. Il n'a pas été démontré que S100A8 et S100A9 activent directement RAGE, mais il existe des preuves fonctionnelles substantielles que nombre de leurs effets sont bloqués par la suppression ou l'extinction de RAGE. S100A8/9 exerce un effet pro-apoptotique à fortes concentrations, mais favorise la croissance cellulaire à faibles concentrations [118]. Les effets du S100A8/9 modifié par la N-carboxyméthyl-lysine sont améliorés chez les souris knock-out pour RAGE ou par l'administration de RAGE soluble à des souris de type sauvage [119]. S100A8/9 se lie au sulfate d'héparane, aux protéoglycanes et aux N-glycanes carboxylés [103]. Une petite sous-population (<2%) de RAGE exprimée sur les cellules tumorales du côlon est modifiée en N-glycanes carboxylés, et il est tout à fait possible que cette sous-population soit activée par S100A8/9 [120]. Les protéines S100A8 et S100A9 sont sécrétées de manière dépendante de l'énergie par les phagocytes au cours des processus inflammatoires. Ils stimulent des schémas inflammatoires spécifiques dans les cellules endothéliales, interagissant avec les composants du cytosquelette, notamment les filaments de kératine, les microtubules, les filaments intermédiaires de type III et l'actine F [121]. En présence de calcium, S100A8 et S100A9 forment des tétramères et se lient directement aux microtubules. S100A8/S100A9 module également le réarrangement du cytosquelette dépendant de la tubuline pendant la migration des phagocytes. S100A8 et S100A9 interagissent avec les filaments intermédiaires de type III et les filaments de kératine dans le but de réparer les plaies.De manière extracellulaire, le complexe S100A8/S100A9 présente des activités cystostatiques et antimicrobiennes et inhibe l'activation des macrophages et la synthèse des immunoglobulines par les lymphocytes [122]. L'homodimère S100A8 réduit mais non oxydé est fortement chimiotactique pour les leucocytes [121]. La régulation à la hausse de S100A8 et S100A9 dans le tissu pulmonaire prémétastatique fournit une niche pour la migration des cellules tumorales [123]. Cette régulation positive peut être induite par la sécrétion de VEGF-A, TGFβ et TNFα à partir de tumeurs distantes. La régulation à la hausse dans les cellules endothéliales pulmonaires VE-cadhérine+ favorise le recrutement et l'infiltration des cellules myéloïdes Mac1+, et fournit ainsi une niche pour la migration des cellules tumorales. Le blocage de l'expression de S100A8 et S100A9 au stade prémétastatique pourrait empêcher la formation de cette niche permissive et ainsi inhiber la migration des cellules tumorales.

Ligands de RAGE : S100A4, A6, A7/A7A/A15, A11, A12, A13, B, P

S100A4

S100A4 se lie au RAGE et a été impliqué dans la régulation positive de la MMP-13 (Matrix Metalloproteinase 13) dans l'arthrose, ce qui conduit au remodelage tissulaire [124]. S100A4 est exprimé dans les astrocytes, les cellules de Schwann et d'autres cellules neuronales en plus des chondrocytes [43]. S100A4 est régulé à la hausse après une lésion du tissu nerveux. L'excroissance des neurites stimulée par S100A4 est observée pour la protéine à l'état oligomère et non dimérique [121]. Cette protéine stimule également l'angiogenèse via la voie de signalisation ERK1/2. S100A4 se lie au domaine de tétramérisation mais pas au domaine de régulation négative de p53 [104].

S100A6

S100A6 se trouve principalement dans les neurones des régions restreintes du cerveau [42]. S100A6 se trouve également dans le milieu extracellulaire des cellules cancéreuses du sein. S100A6 se lie au domaine de tétramérisation de p53 [104]. S100A6 s'est lié de manière significative au domaine C2 de RAGE, par opposition aux domaines V et/ou C1 auxquels la plupart des autres ligands se lient et suggère ainsi qu'il pourrait avoir une fonction discordante par rapport aux autres ligands de RAGE. S100A6 déclenche la voie JNK puis la voie Caspase 3/7, entraînant l'apoptose [125].

S100A7/S100A7A/S100A15

S100A7, également appelée Psoriasine 1, fait partie d'une sous-famille de plusieurs protéines [101]. Le très homologue S100A7A, membre de cette sous-famille, était auparavant connu sous le nom de S100A15 mais ce nom a été retiré [113]. S100A7 et S100A7A sont fonctionnellement distincts malgré la similitude de séquence élevée [126]. S100A7 est fortement exprimé dans la maladie hyperproliférative épidermique et recrute les lymphocytes CD4+ et les neutrophiles [102]. Bien que plusieurs protéines S100 soient régulées à la hausse dans diverses formes de cancer du sein, S100A7 est fortement régulée à la hausse uniquement dans le carcinome canalaire in situ [127]. Il existe des niveaux élevés de S100A7 de haut poids moléculaire monomère et réticulé de manière covalente dans l'exsudat de plaie humaine et le tissu de granulation. Des études immunohistologiques suggèrent que S100A7 est produit par les kératinocytes entourant la plaie et est libéré dans l'exsudat de la plaie. S100A7 exerce une activité antibactérienne, et la région centrale comprenant uniquement les acides aminés 35-80 est suffisante pour médier cette activité [128]. Bien que S100A7 et S100A7A soient exprimés dans les kératinocytes, S100A7A est également exprimé dans les mélanocytes et les cellules de Langerhans de l'épiderme et les cellules endothéliales des muscles lisses du derme [126]. La liaison, la signalisation et la chimiotaxie de S100A7 dépendent de Zn++ et de RAGE in vitro, tandis que S100A7A semble signaler par une voie indépendante de RAGE. S100A7 et S100A7A exercent un effet synergique, favorisant l'inflammation in vivo [126].

S100A11

S100A11 est surexprimé dans de nombreux cancers [129]. Il est homodimérique et interagit de manière dépendante du Ca++ avec l'annexine I [130]. C'est un médiateur clé de la croissance des kératinocytes épidermiques humains déclenchée par un taux élevé de Ca++ ou de TGFβ [129]. Dans ces conditions, S100A11 est phosphorylé et transporté vers le noyau par la nucléoline. S100A11 se lie au domaine de tétramérisation (mais pas au domaine de régulation négative) de p53 [104]. Le S100A11 extracellulaire est dimérisé par la transglutaminase 2, et cet homodimère covalent acquiert la capacité de signaler par la voie p38 MAPK, d'accélérer l'hypertrophie des chondrocytes et le catabolisme de la matrice, et ainsi coupler l'inflammation avec l'activation des chondrocytes pour favoriser la progression de l'arthrose [131].

S100A12/EN-RAGE

S100A12 (EN-RAGE) est principalement exprimé dans les granulocytes, mais aussi dans les kératinocytes et les lésions psoriasiques. S100A12 représente environ 5% de la protéine cytosolique totale dans les neutrophiles au repos. Elle s'exprime dans les inflammations aiguës, chroniques et allergiques. Il interagit avec RAGE d'une manière dépendante du Ca++, mais se lie également au Cu++. Il n'y a pas s100a12 chez la souris, bien que S100A8 semble être un homologue fonctionnel [132, 133]. S100A12 est régulé à la hausse dans le psoriasis et le mélanome [101]. Il se lie aux domaines RAGE C1 et C2 au lieu du domaine V [49]. Il peut également se lier au RAGE exprimé sur les cellules endothéliales, en signalant par les voies NF-κB et MAPK. S100A12 partage une homologie de séquence avec le domaine putatif de liaison à RAGE de HMGB1 (résidus 153-180). Le S100A12 sécrété se lie au RAGE et améliore l'expression de la molécule d'adhésion intercellulaire I (ICAM-1), de la molécule d'adhésion cellulaire I vasculaire (VCAM-1), du NF-κB et du facteur de nécrose tumorale (TNF)-α [43]. S100A12 est un chimioattracteur pour les monocytes et les mastocytes, bien que seule la région charnière semble importante pour ces derniers [134]. Étant donné que les mastocytes n'expriment pas la protéine RAGE ou l'ARNm, leur activation par S100A12 se produit d'une manière indépendante de RAGE. S100A12 existe sous forme d'homodimère dans des conditions de faible teneur en Ca++, mais formera des agrégats d'hexamères (trois dimères) à des concentrations millimolaires de Ca++ [135]. S100A12, en plus de S100A13, se lie aux médicaments anti-allergiques cromolyn, tranilast et amlexanox d'une manière dépendante du Ca++. Cela suggère que S100A12 et S100A13 pourraient être impliqués dans la dégranulation des mastocytes d'une manière indépendante du RAGE [136].

S100A13

S100A13 a un modèle d'expression très large, contrairement aux autres protéines S100. S100A13 est exprimé dans les cellules endothéliales, mais pas dans les cellules musculaires lisses vasculaires. Il est régulé à la hausse dans les lésions d'endométriose extra-utérine par rapport aux tissus normaux, et peut avoir un rôle dans la vascularisation [137]. Son affinité pour le Ca++ est faible, mais la liaison au Ca++ conduit à un changement de conformation exposant un nouveau site de liaison au Cu++ [138]. Lors de la liaison au Cu++, il régule la libération de FGF-1 dépendante du stress et joue un rôle dans l'angiogenèse dans les gliomes astrocytaires de haut grade [139]. S100A13 en plus de S100A12 peut être impliqué dans la dégranulation des mastocytes [136].

S100B

S100B est exprimé principalement dans les astrocytes du cortex et les mélanocytes humains ainsi que dans les cellules dendritiques myéloïdes [42]. S100B, avec S100A1 et S100A6, sont les protéines S100 les plus abondantes dans le cerveau de plusieurs espèces, dont les souris et les rats. Des niveaux élevés de S100B ont été trouvés chez des patients à la suite d'un traumatisme cérébral, d'une ischémie/infarctus, de la maladie d'Alzheimer et du syndrome de Down [42]. S100B est utilisé comme marqueur de l'activation et de la mort des cellules gliales [140]. On pense qu'il existe sous la forme d'un mélange de dimères covalents et non covalents dans le cerveau, car les tests ELISA effectués dans des conditions non oxydantes sous-estimeront la quantité de S100B [141, 142]. À cet égard, les dimères covalents S100B peuvent être utilisés comme marqueur du stress oxydatif [142]. S100B se lie à la fois au domaine de tétramérisation et au domaine de régulation négative de p53 [104]. Le S100B inhibe également les assemblages de microtubuline et de filaments intermédiaires de type III. S100B se lie à la fois aux régions variable (V) et constante (C1) de RAGE, et les oligomères de S100B se lient plus fortement à RAGE [42, 48]. À des concentrations équivalentes, S100B augmente la survie cellulaire tandis que S100A6 induit l'apoptose via des interactions RAGE, dépendantes de la génération d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). En se liant à RAGE et en activant la formation de ROS intracellulaires, S100B active la voie PI 3-kinase/AKT et par la suite la voie NFκB, entraînant une prolifération cellulaire. S100B exerce des effets trophiques sur les neurones et les astrocytes à des concentrations plus faibles et provoque l'apoptose neuronale, activant les astrocytes et la microglie à des concentrations plus élevées [143-146]. L'activation S100B de RAGE régule positivement l'expression de l'IL-1β et du TNF-α dans la microglie et stimule l'activité transcriptionnelle d'AP-1 via la signalisation JNK. La régulation à la hausse de l'expression de COX-2, IL-1β et TNF-α dans la microglie par S100B nécessite l'activation simultanée de NF-κB et AP-1.

S100P

S100P se lie à RAGE et est important dans les cancers de la prostate, du pancréas et de l'estomac [146, 147]. Elle est également détectée dans les poumons normaux ainsi que dans les tissus cancéreux du poumon, et est augmentée principalement dans les adénocarcinomes [148]. Le traitement des lignées cellulaires pancréatiques avec S100P stimule la prolifération, la migration, l'invasion cellulaire et active les voies MAP kinase et NFκB [149]. Le cromolyne, un médicament anti-allergique, se lie au S100P et bloque l'interaction S100P-RAGE. Il inhibe la croissance tumorale et augmente l'efficacité de la gemcitabine dans des modèles animaux expérimentaux [150]. Les anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) sont à la fois pro-tumorigènes en régulant positivement l'expression de S100P et anti-tumorigènes en diminuant l'activité de la Cox2 [151].

Protéines S100 - des différences subtiles se traduisent par de grands changements dans la liaison RAGE

Bien que les protéines S100 partagent beaucoup de similitudes structurelles avec leurs deux domaines de liaison EF-hand Ca++ flanqués d'hélices , seuls certains des membres activent RAGE [97]. De subtiles différences structurelles qui conduisent à des propriétés biochimiques différentes (liaison de Ca++ et Zn++ et état d'oligomérisation préféré) semblent donc conduire à différentes capacités d'activation de RAGE. Des états d'oligomérisation plus élevés ont tendance à conduire à l'activation de RAGE. RAGE se lie également à plusieurs familles de protéines qui forment facilement des agrégats et des oligomères – le peptide bêta-amyloïde, le collagène et les AGE.

RAGE et Abêta

Le peptide bêta-amyloïde (Abeta) est un peptide le plus souvent de 40 ou 42 acides aminés dont l'accumulation dans les plaques amyloïdes est une des caractéristiques des cerveaux Alzheimer. Abeta existe de manière extracellulaire sous forme de monomère, d'oligomère soluble ou de fibrilles et d'agrégats insolubles. Abeta se lie à RAGE sur les neurones et les cellules microgliales [152]. Sur les neurones, l'activation Abeta de RAGE va générer un stress oxydatif et activer NF-KB. L'activation bêta de la microglie augmentera la prolifération et la migration cellulaires [153, 154]. Cependant, d'autres récepteurs pourraient également médier la toxicité Abeta, car des effets indépendants du RAGE existent également [155]. Les domaines V et C1 de RAGE se lient aux oligomères et aux agrégats Abeta (respectivement), et leur blocage empêchera la neurotoxicité induite par Abeta [156]. L'exposition d'une lignée cellulaire de neuroblastome humain exprimant RAGE (SHSY-5Y) à des oligomères Abeta a provoqué une mort cellulaire massive, tandis que l'exposition aux fibrilles et agrégats Abeta n'a provoqué qu'une mort cellulaire mineure. Le traitement avec des anticorps bloquants spécifiques des domaines RAGE était capable de protéger contre la mort induite par les agrégats ou les oligomères Abeta (mais pas la mort induite par les fibrilles).

RAGE et collagène

Contrairement à d'autres tissus non embryonnaires, RAGE est fortement exprimé dans les poumons sains et son expression diminue dans les états pathologiques. L'expression de RAGE dans le poumon est un marqueur de différenciation des cellules épithéliales alvéolaires de type I (AT I) et est localisée à la membrane plasmique basolatérale [20]. RAGE améliore l'adhérence de ces cellules aux surfaces recouvertes de collagène et induit la propagation cellulaire [16]. RAGE se lie à la laminine et au collagène I et IV in vitro, mais pas à la fibronectine. Ainsi RAGE joue un rôle dans l'ancrage des cellules AT I à la membrane basale pulmonaire, riche en Collagène IV [20, 157, 158]. L'absence d'expression de RAGE chez les souris (-/-) conduit à une augmentation de la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) spontanée. Le poumon humain de patients atteints de FPI à un stade avancé a montré une régulation négative significative du RAGE par rapport au tissu pulmonaire sain [20].

Produits finaux de glycation avancée (AGE) une large classe de produits non enzymatiques de réactions entre les protéines ou les lipides et les sucres aldose [159]. La réaction entre la protéine et le sucre provoque son brunissement caractéristique dans les produits alimentaires. Le régime occidental en particulier est plein d'AGE. Bien que la glycation soit un terme général pour l'ajout d'un sucre, dans ce cas, il fait spécifiquement référence à l'ajout non enzymatique à une protéine. La "glycosylation" est souvent utilisée pour l'addition enzymatique de sucres. La réaction de Maillard, partant de la glycation des protéines et évoluant vers la formation des AGE, est impliquée dans le développement des complications du diabète sucré, ainsi que dans la pathogenèse des maladies cardiovasculaires, rénales et neurodégénératives [3, 119, 160, 161]. La réaction de Maillard commence avec les sucres formant les bases de Schiff et les produits d'Amadori. Les groupes carbonyle de ces précurseurs peuvent réagir avec les groupes fonctionnels amino, sulfhydryle et guanidinyle dans les protéines. Les AGE ne peuvent pas être ramenés chimiquement à leur forme d'origine, mais leur précurseur, les produits Amadori, peut l'être. Les AGE sont une catégorie diversifiée de modifications non enzymatiques qui résultent de ces réactions, et toutes les protéines modifiées par AGE n'activent pas le RAGE. Plus de vingt modifications différentes d'AGE ont été caractérisées, dont les protéines modifiées par la carboxyméthyl lysine (CML) sont de puissants inducteurs de la signalisation RAGE [3, 160]. D'autres modifications d'AGE aux protéines (telles que la pentosidine et la pyrraline) n'augmentent pas la signalisation RAGE. En tant que tel, la caractérisation des modifications AGE des protéines est importante. Une technique prometteuse est la spectrométrie de masse, en particulier la protéomique "bottom-up" impliquant le clivage des protéines suivi de l'analyse des peptides ultérieurs [160].

RAGE et AGE dans l'environnement Redox

L'accumulation d'AGE elle-même est considérée comme une source de stress oxydatif. Dans les environnements hyperglycémiques, le glucose peut subir une auto-oxydation et générer des radicaux OH [161, 162]. Les produits à base de Schiff et les produits Amadori eux-mêmes provoquent la production de ROS [162]. Les donneurs d'oxyde nitrique peuvent piéger les radicaux libres et inhiber la formation d'AGE [163]. Au fil du temps, les dépôts d'AGE contribuent à l'athérosclérose diabétique dans les vaisseaux sanguins. À mesure qu'un être humain vieillit naturellement, on génère des niveaux élevés d'AGE endogènes [164, 165].

RAGE a été initialement nommé pour sa capacité à se lier aux AGE, mais depuis 1995, de nombreux autres ligands ont été trouvés [8, 166]. La formation d'AGE est un moyen de maintenir le signal d'un bref sursaut oxydatif en une protéine modifiée post-traductionnelle beaucoup plus longue [119]. RAGE se liera à l'albumine modifiée par AGE mais pas à l'albumine non glyquée [167]. L'activation d'AGE de RAGE est trouvée dans le diabète, la neurodégénérescence et le vieillissement [168]. Les tumeurs fournissent un environnement qui favorise la génération d'AGE puisque, selon l'hypothèse originale de Warburg, elles reposent principalement sur la glycolose anaérobie pour l'énergie et ont une absorption plus élevée de glucose [169, 170]. Les cellules de carcinome de la prostate se lient aux AGE via le domaine V de RAGE [171]. Des AGE ont en effet été identifiés dans les tissus cancéreux, ce qui conduit à la possibilité d'une activation par AGE de RAGE contribuant à la croissance du cancer [172]. Cependant, il existe également d'autres ligands RAGE en plus grande abondance. Les molécules individuelles de RAGE ne se lient pas bien aux AGE, mais les oligomères de RAGE les lient fortement [11]. Cela soutient l'idée que l'oligomérisation de RAGE est importante pour une signalisation soutenue. Le collagène accumulera normalement un certain degré de glycation in vivo, mais le collagène avec une modification synthétique des AGE améliorera l'adhésion et la propagation des neutrophiles [173].

Le sorbinil et le zénarestat sont des inhibiteurs de l'aldose réductase (IRA) actifs par voie orale dérivés de la quinazoline. Ils, en plus de la vitamine C et E, ont des avantages améliorateurs dans la diminution du stress oxydatif intracellulaire [174]. La vitamine E est efficace en partie en raison de sa structure chimique. Il est capable de donner un atome d'hydrogène de son groupe hydroxyle, en se combinant avec les ROS et en les neutralisant [175]. Malheureusement, de nombreux essais cliniques d'antioxydants n'ont pas réussi à modifier le cancer et ont, dans certains cas, amélioré son développement, ce qui suggère que les événements extracellulaires "aérobies" ou oxydatifs peuvent être un moyen privilégié pour limiter l'inflammation chronique. L'injection de RAGE soluble prévient les lésions de reperfusion hépatique et diminue les niveaux de TNF-α (Tumor Necrosis Factor-α), une cytokine qui signale l'apoptose et contribue à l'inflammation systémique, et diminue ainsi l'insulite [176]. L'administration d'aminoguanidine diminue également les niveaux d'albumine dans la circulation sanguine et diminue les niveaux aortiques et sériques d'AGE, ralentissant ainsi la progression de l'athérosclérose [177].

Ligands RAGE en neurobiologie

L'axe RAGE-NF-κB opère dans la neuropathie diabétique. Cette activation a été émoussée chez les souris RAGE (-/-), même 6 mois après l'induction diabétique. La perte de perception de la douleur est inversée chez les souris de type sauvage traitées avec du RAGE soluble exogène [178]. L'interaction entre HMGB1 et RAGE in vitro favorise la croissance des neurites des cellules corticales, suggérant un rôle potentiel de RAGE en tant que médiateur dans le développement neuronal [166]. Les concentrations nanomolaires de S100B favorisent les réponses de survie cellulaire telles que la migration cellulaire et la croissance des neurites. Alors que l'interaction de RAGE avec S100B peut produire des signaux anti-apoptotiques, des concentrations micromolaires de S100B produiront des oxyradicaux, induisant l'apoptose. S100B active également RAGE avec HMGB1, favorisant la production du facteur de transcription NF-kB [144]. Un autre mécanisme proposé pour la façon dont RAGE peut médier l'excroissance des neurites implique l'hydrate de carbone sulfoglucuronyle (SGC). L'examen de HMGB1 et de SGC dans le cerveau de souris en développement révèle que la quantité de RAGE exprimée dans le cervelet augmente avec l'âge. Les anticorps contre HMGB1, RAGE et SGC inhibent la croissance des neurites, suggérant que RAGE peut être impliqué dans la liaison de ces molécules et leurs processus en aval [179].

Comme RAGE peut être impliqué dans la croissance et la mort cellulaires, son rôle dans la récupération cellulaire après une blessure a également été examiné. Chez les rats présentant une occlusion permanente de l'artère cérébrale moyenne, les niveaux de RAGE augmentent comme ils le font dans les cellules PC12 suite à une privation d'oxygène et de glucose (OGD). Le blocage de RAGE réduit la cytotoxicité causée par l'OGD [180]. La liaison de RAGE à ses ligands active la voie NF-κB. La présence de cytokines régulées par RAGE, NF-κB et NF-κB dans les cellules CD4+, CD8+ et CD68+ recrutées dans les nerfs de patients atteints de neuropathies vasculaires suggère que la voie RAGE peut également jouer un rôle dans la régulation positive de l'inflammation dans ce contexte [ 181]. Un autre ligand de RAGE, AGE-CML, est présent dans les cellules mononucléées endoneurales et épineurales dans les polyneuropathies inflammatoires démyélinisantes chroniques et les polyneuropathies vasculaires [182].

Dans les cellules de gliome, RAGE fait partie d'un point de contrôle moléculaire qui régule l'invasion, la croissance et le mouvement des cellules. Contrairement aux cellules cancéreuses du poumon, les cellules de gliome normales expriment moins de RAGE que les cellules tumorales. L'ajout d'AGE aux cellules stimule la prolifération, la croissance et la migration.L'ajout d'anticorps ciblant RAGE inhibe à l'inverse la croissance et la prolifération causées par les AGE, augmentant le temps de survie et diminuant les métastases chez les souris immunodéprimées portant des cellules de gliome C6 de rat implantées [183].

RAGE dans les tumeurs épithéliales

L'interaction entre RAGE et ses différents ligands joue un rôle considérable dans le développement et la métastase du cancer. RAGE altère le stimulus prolifératif des cellules cancéreuses pulmonaires et œsophagiennes [184]. RAGE est fortement exprimé dans les pneumatocytes de type I, spécifiquement localisés dans l'épithélium alvéolaire. Il est intéressant de noter que la surexpression de RAGE entraîne une prolifération et une croissance cellulaires plus faibles, tandis que la régulation négative de RAGE favorise le développement de tumeurs pulmonaires à un stade avancé [19, 185]. De plus, le blocage des interactions AGE-RAGE entraîne une diminution de la croissance cellulaire [186]. Les cellules exprimant RAGE ont une activation réduite de la voie p42/p44-MAPK et la production de facteurs de croissance (y compris IGF-1) est altérée. Les ligands RAGE détectés dans les tumeurs pulmonaires comprennent HMGB1, S100A1 et S100P. Dans les cellules cancéreuses pulmonaires transfectées avec une forme déficiente en signal de RAGE dépourvue du domaine cytoplasmique, une croissance accrue par rapport aux cellules transfectées par fl-RAGE est notée. La surexpression de RAGE sur les cellules cancéreuses pulmonaires n'augmente pas la migration cellulaire, contrairement à RAGE déficient en signal [187].

RAGE et cellules immunitaires

RAGE agit également comme un récepteur d'adhésion endothélial qui médie les interactions avec l'intégrine β2 Mac-1 [29]. HMGB1 améliore les interactions RAGE-Mac1 sur les cellules inflammatoires, le liant aux réponses inflammatoires (tableau 4) [71, 72]. Les neutrophiles et les cellules myélomonocytaires adhèrent aux cellules RAGE immobilisées ou transfectées par RAGE, et cette interaction est attribuée aux interactions Mac-1 [24, 71]. RAGE est fortement exprimé dans les macrophages, les lymphocytes T et les lymphocytes B [188]. Le RAGE exprimé sur ces types cellulaires contribue aux mécanismes inflammatoires. L'activation de RAGE sur les cellules T est l'un des premiers événements qui conduit à la différenciation des cellules T Th1+ [189]. RAGE est également un contre-récepteur pour les intégrines leucocytaires, contribuant directement au recrutement des cellules inflammatoires in vivo et in vitro. Le RAGE soluble a été postulé comme un inhibiteur direct du recrutement des leucocytes [190]. Le recrutement de leucocytes médié par RAGE peut être particulièrement important dans des conditions associées à une expression plus élevée de RAGE, telles que le diabète sucré, l'inflammation chronique, l'athérosclérose ou le cancer [33]. RAGE peut directement médier le recrutement des leucocytes, agissant comme un récepteur adhésif des cellules endothéliales et attirant les leucocytes. Le RAGE provoque une augmentation « indirecte » du recrutement des cellules inflammatoires en raison de l'activation cellulaire médiée par le RAGE et de la régulation à la hausse des molécules d'adhésion et des facteurs pro-inflammatoires [190]. S100A12 et S100B activent les cellules musculaires lisses endothéliales, vasculaires, les monocytes et les cellules T via RAGE, entraînant la génération de cytokines et de molécules d'adhésion pro-inflammatoires [24, 67, 68].

L'expression de RAGE sur les cellules T est requise pour les réponses prolifératives activées par l'antigène [189]. Les cellules T déficientes en RAGE diminuent la production d'IL-2, d'IFN-γ et de Th1 tout en produisant plus d'IL-4 et d'IL-5 sous forme de cytokines Th2. L'activation de RAGE joue ainsi un rôle dans l'équilibrage de l'immunité Th1 et Th2. Les cellules dendritiques déficientes en RAGE semblent médier une activité de présentation de l'antigène plutôt normale et une migration à la fois in vivo et in vitro. L'expression de RAGE est cependant requise par la maturation des CD pour migrer vers les ganglions lymphatiques drainants [191].


Rôle crucial de RAGE dans l'augmentation inappropriée des cellules musculaires lisses chez les patients souffrant d'hypertension artérielle pulmonaire

Fond: Le remodelage vasculaire pulmonaire de l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est caractérisé par une augmentation inappropriée des cellules vasculaires. Le récepteur des produits finaux de glycation avancée (RAGE) est une protéine transmembranaire à passage unique de type I appartenant à la superfamille des immunoglobulines et est impliqué dans un large éventail de maladies hyperprolifératives. Le RAGE est également impliqué dans l'étiologie de l'HTAP et est surexprimé dans les cellules musculaires lisses de l'artère pulmonaire (PASMC) chez les patients atteints d'HTAP. Nous avons examiné le rôle de RAGE dans l'augmentation inappropriée des PASMC chez les patients atteints d'HTAP.

Méthodes et résultats : Les PASMC ont été obtenus chez 12 patients atteints d'HTAP dont 9 patients atteints d'HTAP idiopathique (IPAH) et 3 patients atteints d'HTAP héréditaire (HPAH) (2 patients porteurs d'une mutation BMPR2 et un patient porteur d'une mutation SMAD9) ayant subi une transplantation pulmonaire. L'analyse par transfert Western et la coloration par immunofluorescence ont révélé que RAGE et S100A8 et A9, des ligands de RAGE, étaient surexprimés dans les IPAH et HPAH-PASMC en l'absence de tout stimulus de croissance externe. PDGF-BB (10 ng/mL) a régulé à la hausse l'expression de RAGE dans IPAH et HPAH-PASMC. Les PAH-PASMC sont hyperplasiques en l'absence de tout stimulus de croissance externe tel qu'évalué par l'incorporation de 3H-thymidine. Ce résultat indique une surcroissance caractérisée par une croissance continue dans des conditions d'absence de stimulation de croissance dans les PAH-PASMC. La stimulation PDGF-BB a provoqué un taux de croissance plus élevé des PAH-PASMCs que celui des non-PAH-PASMCs. AS-1, un inhibiteur de la signalisation RAGE médiée par le domaine TIR, a inhibé de manière significative la surcroissance caractérisée par une croissance continue dans des conditions d'absence de stimulation de croissance dans IPAH et HPAH-PASMC (P<0.0001). En outre, AS-1 a inhibé de manière significative la prolifération stimulée par PDGF d'IPAH et de HPAH-PASMC (P<0.0001).

Conclusion : RAGE joue un rôle crucial dans l'augmentation inappropriée des PAH-PASMC. L'inhibition de la signalisation RAGE pourrait être une nouvelle stratégie thérapeutique pour l'HTAP.

Déclaration de conflit d'intérêts

Les auteurs ont déclaré qu'ils n'existaient pas de conflit d'intérêts.

Les figures

Fig 1. Expression de RAGE dans les PASMC de…

Fig 1. Expression de RAGE dans les PASMC de patients atteints d'HTAP.

A. Coloration immunohistochimique de RAGE…

Fig 2. Expression S100A8/A9 dans les PASMC de…

Fig 2. Expression de S100A8/A9 dans les PASMC de patients atteints d'HTAP.

A. Coloration immunohistochimique de S100A8…

Fig 3. Augmentation de l'expression de RAGE dans…

Fig 3. Augmentation de l'expression de RAGE dans les PASMC de patients atteints d'HTAP par stimulation PDGF-BB…

Fig 4. Effets inhibiteurs de l'AS-1 ou…

Fig 4. Effets inhibiteurs de l'aptamère AS-1 ou RAGE sur la prolifération des PAH-PASMC évalués par…


Résumé

Objectif-

L'inflammation joue un rôle clé dans l'athérosclérose. Nous avons émis l'hypothèse que de nouveaux marqueurs inflammatoires pourraient prédire le risque de maladie coronarienne (CHD).

Approche et résultats—

Nous avons étudié l'association de 16 biomarqueurs inflammatoires avec le risque de maladie coronarienne dans un sous-ensemble aléatoire de 839 personnes sans maladie coronarienne dans une étude de cohorte prospective basée sur la population. Un Bonferroni corrigé P la valeur de 3,1×10 -3 a été utilisée comme seuil de signification statistique. L'âge moyen au départ était de 72,8 ans. Au cours d'un suivi médian de 10,6 ans, 99 cas de coronaropathie incidente ont été observés. Parmi tous les biomarqueurs inflammatoires, le s100a12 humain dérivé des neutrophiles (récepteur extracellulaire nouvellement identifié pour la protéine de liaison des produits finaux de la glycation avancée [EN-RAGE]) a montré la plus forte association avec le risque de maladie coronarienne (P valeur 2,0×10 -3 ). Après ajustement multivarié pour les facteurs de risque cardiovasculaire établis, chaque augmentation de l'écart type de l'EN-RAGE transformé en log naturel était associée à un risque 30 % plus élevé d'incident coronarien (rapport de risque, 1,30 intervalle de confiance à 95 %, 1,06–1,59). Un ajustement supplémentaire pour les marqueurs inflammatoires précédemment étudiés n'a pas atténué l'association. L'exclusion des personnes atteintes de diabète sucré de type 2 prévalent, d'une insuffisance rénale ou des personnes utilisant des médicaments antihypertenseurs n'a pas modifié les estimations de l'effet. Les rapports de risque spécifiques à une cause suggèrent une association plus forte entre EN-RAGE et la mortalité par coronaropathie par rapport à une maladie coronarienne stable.

Conclusion—

Nos résultats mettent en évidence EN-RAGE en tant que marqueur inflammatoire de futures maladies coronariennes dans une population générale, au-delà des facteurs de risque traditionnels de maladie coronarienne et des marqueurs inflammatoires.

Introduction

Avec 7,3 millions de décès par an dans le monde, les maladies coronariennes (CHD) sont toujours la principale cause de mortalité dans le monde. 1 On pense que l'inflammation joue un rôle clé dans la pathogenèse de l'athérosclérose et de la maladie coronarienne. 2 En conséquence, des marqueurs inflammatoires ont été étudiés pour prédire le risque de maladie coronarienne, un effort qui a conduit à l'identification et à la validation de plusieurs marqueurs inflammatoires pour la maladie coronarienne. 3-6 Cependant, les marqueurs inflammatoires qui ont été étudiés à ce jour ne représentent qu'une partie mineure des diverses molécules qui constituent la réponse immunitaire humaine complexe. 7 L'exploration prospective de l'association de marqueurs inflammatoires relativement peu étudiés avec la maladie coronarienne peut révéler de nouveaux facteurs de risque inflammatoires pour la maladie coronarienne et peut faire la lumière sur des voies supplémentaires qui pourraient être impliquées dans la pathogenèse de l'athérosclérose et de la maladie coronarienne.

Nous avons émis l'hypothèse que les indicateurs d'inflammation qui n'ont pas été étudiés auparavant avec l'incidence de la maladie coronarienne sont associés à l'incidence de la maladie coronarienne au-delà des facteurs de risque traditionnels et des marqueurs inflammatoires précédemment étudiés. À cette fin, nous avons étudié l'association de 16 biomarqueurs de l'inflammation avec le risque de maladie coronarienne dans l'étude de Rotterdam, une étude de cohorte prospective basée sur la population.

Matériaux et méthodes

Les matériaux et méthodes sont disponibles dans le supplément de données en ligne uniquement.

Résultats

Le tableau 1 résume les caractéristiques de base de 839 participants (voir le tableau II dans le supplément de données en ligne uniquement pour les caractéristiques de base des futurs cas et non-cas de coronaropathie). Au début de l'étude, l'âge moyen (± ET) était de 72,8 (7,5) et 58 % de la population étaient des femmes. Au cours d'un suivi médian de 10,6 ans (intervalle interquartile, 6,8–11,9), 2 personnes ont été perdues de vue, 353 personnes sont décédées (302 sans lien avec la maladie coronarienne) et 99 ont développé une maladie coronarienne (taux d'incidence, 12,7 pour 1000 personnes-années) . Sur les 16 biomarqueurs inflammatoires (Figure 1), après correction de Bonferroni, seul le récepteur extracellulaire nouvellement identifié pour la protéine de liaison des produits finaux de la glycation avancée (EN-RAGE) était significativement associé à la maladie coronarienne lorsqu'il était ajusté en fonction de l'âge et du sexe (tableau III dans le -seulement supplément de données). Le risque de maladie coronarienne était augmenté de près d'un tiers par augmentation de l'écart-type de l'EN-RAGE transformé en log naturel (rapport de risque [HR], 1,37 intervalle de confiance (IC) à 95 %, 1,12–1,67 Tableau 2). Par rapport au tertile le plus bas, les participants du tertile le plus élevé présentaient un risque environ 2,6 fois plus élevé de développer une maladie coronarienne par rapport aux participants du tertile le plus bas (RR : 2,59 IC à 95 % : 1,52 à 4,40). Lorsque nous avons ajusté davantage l'association pour les facteurs de risque cardiovasculaires traditionnels, les estimations d'effet se sont légèrement atténuées (HR, 1,30 IC à 95 %, 1,06–1,59). Un ajustement supplémentaire pour les marqueurs inflammatoires précédemment étudiés a donné des estimations d'effet légèrement augmentées (tableau 2, tableau IV dans le supplément de données en ligne uniquement).

Figure 1. Organigramme de l'inclusion de biomarqueurs inflammatoires.

Tableau 1. Caractéristiques de base des participants à risque de maladie coronarienne

Les valeurs plus-moins sont des moyennes ± SD.

CHD indique une maladie coronarienne.

* Les valeurs sont présentées sous forme de médiane (intervalle interquartile).

Tableau 2. L'association entre les niveaux de sérum EN-RAGE et l'incident CHD

Modèle 1, ajusté en fonction de l'âge et du sexe Modèle 2, ajusté en fonction de l'âge, du sexe, de l'IMC, de la pression artérielle systolique, de l'utilisation de médicaments antihypertenseurs, du cholestérol HDL, du cholestérol total, du statut tabagique (actuel, non actuel), du diabète de type 2 prévalent et du modèle eGFR 3, en outre ajusté pour le CD40ligand, le complément 3, la protéine C réactive, l'interleukine 8, l'interleukine 18, la protéine chimiotactique des monocytes 1, le facteur inhibiteur de la migration des macrophages, RANTES, la résistine, le récepteur TNF 2 et les globules blancs.

L'IMC indique l'indice de masse corporelle CHD, l'IC de maladie coronarienne, l'intervalle de confiance eGFR, le taux de filtration glomérulaire estimé EN-RAGE, le récepteur extracellulaire nouvellement identifié pour les produits finaux de glycation avancée liant la protéine HDL, la lipoprotéine de haute densité HR, le rapport de risque SD, l'écart type et TNF, facteur de nécrose tumorale.

* Les rapports de risque sont représentés par augmentation de l'écart type de l'EN-RAGE transformée en log.

Les courbes d'incidence cumulée pour les tertiles de l'EN-RAGE ajustées pour les risques concurrents sont illustrées à la figure 2. La probabilité sur 10 ans du premier événement incident de maladie coronarienne était de 0,05 (IC à 95 %, 0,03–0,08) pour le premier tertile, 0,11 (95 % IC, 0,07-0,14) pour le deuxième tertile et 0,14 (IC 95 %, 0,10-0,18) pour le troisième tertile.

Figure 2. Courbes d'incidence cumulée pour le premier, le deuxième et le troisième tertile de l'EN-RAGE sérique par rapport à l'incidence de la maladie coronarienne ajustée pour le décès par maladie cardiaque non coronaire concurrente ≤ 10 ans de suivi. EN-RAGE indique un récepteur extracellulaire nouvellement identifié pour la protéine de liaison des produits finaux de glycation avancée.

Après avoir exclu les participants atteints d'insuffisance rénale chronique au départ, l'association entre l'EN-RAGE et la maladie coronarienne incidente s'est légèrement atténuée (1,28 IC à 95 %, 1,03-1,59 Tableau 3). En excluant les participants atteints de diabète sucré de type 2, les estimations d'effet de l'association entre EN-RAGE et CHD n'ont pas changé : rapport de risque 1,29 (IC à 95 %, 1,04–1,60) dans le modèle entièrement ajusté. Enfin, après exclusion des participants prenant des médicaments antihypertenseurs, le rapport de risque n'a pas changé (RR, 1,40 IC à 95 %, 1,05-1,87).

Tableau 3. L'association d'EN-RAGE avec une maladie coronarienne en l'absence de patients atteints d'IRC, de DT2 ou d'utilisation d'antihypertenseurs

Modèle 1, ajusté pour l'âge et le sexe Modèle 2, ajusté pour l'âge, le sexe, l'IMC, la pression artérielle systolique, l'utilisation de médicaments antihypertenseurs, le cholestérol HDL, le cholestérol total, le statut tabagique (actuel et non actuel), la prévalence du diabète de type 2 et l'eGFR.

L'IMC indique l'indice de masse corporelle CHD, coronaropathie IC, intervalle de confiance CKD, maladie rénale chronique eGFR, taux de filtration glomérulaire estimé EN-RAGE, récepteur extracellulaire nouvellement identifié pour les produits finaux de glycation avancée liant la protéine HDL, lipoprotéine de haute densité HR, danger ratio et DT2, diabète de type 2.

* Les rapports de risque sont représentés par augmentation de l'écart type de l'EN-RAGE transformée en log.

Le tableau 4 présente les résultats pour les associations entre EN-RAGE et les différentes manifestations CHD séparément. Nous avons observé l'association la plus forte avec la mortalité coronarienne (RR, 1,56 IC à 95 %, 1,19-2,04) par rapport à l'infarctus du myocarde et la revascularisation, qui n'étaient pas significatives. Un ajustement supplémentaire pour les facteurs de risque cardiovasculaires traditionnels n'a pas modifié l'estimation de l'effet pour la mortalité par coronaropathie. Les FC spécifiques à la cause n'étaient pas significativement plus faibles pour la revascularisation par rapport à l'infarctus du myocarde (Lunn et McNeil, P= 0,700), mais ils étaient limite significatifs pour la mortalité coronarienne par rapport à la revascularisation (Lunn et McNeil, P=0.055).

Tableau 4. L'association entre EN-RAGE et l'infarctus du myocarde incident, la revascularisation coronarienne et la mortalité due aux cardiopathies coronariennes

Modèle 1, ajusté pour l'âge et le sexe Modèle 2, ajusté pour l'âge, le sexe, l'IMC, la pression artérielle systolique, l'utilisation de médicaments antihypertenseurs, le cholestérol HDL, le cholestérol total, le statut tabagique (actuel et non actuel), le diabète de type 2 prévalent et l'eGFR.

L'IMC indique l'indice de masse corporelle CHD, l'IC de maladie coronarienne, l'intervalle de confiance eGFR, le taux de filtration glomérulaire estimé EN-RAGE, le récepteur extracellulaire nouvellement identifié pour les produits finaux de glycation avancée liant la protéine HDL, les lipoprotéines de haute densité et HR, le rapport de risque.

* Les rapports de risque sont représentés par augmentation de l'écart type de l'EN-RAGE transformée en log.

La statistique c du modèle traditionnel de score de risque de Framingham pour le risque de maladie coronarienne à 10 ans était de 0,730 (IC à 95 %, 0,672-0,788). Lorsque nous avons ajouté EN-RAGE au modèle, la statistique c s'est améliorée à 0,741 (IC à 95 %, 0,683-0,799) avec une différence de 0,011 (IC à 95 %, -0,012 à 0,033 P=0.33). L'ajout d'EN-RAGE au modèle de score de risque de Framingham a entraîné un indice de reclassement net continu significatif de 0,36 (IC à 95 %, 0,05-0,67 P= 0,02) et amélioration de la discrimination intégrée de 0,026 (IC à 95 %, 0,009 à 0,0437 P=3.3×10 −03 ).

Discussion

Dans cette étude de cohorte prospective basée sur la population, nous avons constaté que des niveaux plus élevés d'EN-RAGE étaient associés à un risque accru de maladie coronarienne au-delà des facteurs de risque conventionnels. D'autres ajustements pour les marqueurs inflammatoires, ainsi que l'exclusion des individus malades, n'ont pas modifié les résultats. Ces résultats suggèrent que l'EN-RAGE pro-inflammatoire est un nouveau marqueur de risque inflammatoire pour la maladie coronarienne qui représente une voie inflammatoire distincte par rapport à d'autres marqueurs inflammatoires.

Des études antérieures ont observé des niveaux accrus d'EN-RAGE chez des patients atteints de troubles inflammatoires chroniques, notamment une maladie inflammatoire de l'intestin, 8 diabète sucré de type 2, 9 maladie rénale chronique, athérosclérose infraclinique, 10,11 et maladie coronarienne. 12–16 La conception des études mentionnées est principalement transversale et menée auprès de populations de patients. Une association positive entre EN-RAGE et la mortalité coronarienne a été démontrée dans une étude prospective incluant des patients sous hémodialyse. 17 De plus, une étude récente chez des individus japonais atteints d'une maladie coronarienne a observé une association significative entre EN-RAGE et de futurs événements cardiaques indésirables majeurs. 18 À notre connaissance, nous sommes les premiers à étudier l'association entre EN-RAGE et CHD dans une étude de cohorte prospective en population avec un suivi à long terme.

Pour tenir compte de la possibilité de confusion, nous avons ajusté dans le modèle multivariable les différents facteurs de risque traditionnels de maladie coronarienne et les marqueurs inflammatoires précédemment étudiés. Pour répondre à la question de savoir si nos résultats étaient motivés par un certain sous-groupe, nous avons analysé les données en excluant les participants atteints d'insuffisance rénale chronique, de diabète de type 2 et d'utilisation d'antihypertenseurs dans les analyses de sensibilité. Dans toutes ces analyses, il y avait un effet constant d'EN-RAGE sur le risque de maladie coronarienne, même après ajustement pour les marqueurs inflammatoires établis. Ces résultats suggèrent un effet d'EN-RAGE sur le risque de maladie coronarienne au-delà des voies métaboliques et inflammatoires bien établies.

Nous avons observé une association plus forte entre EN-RAGE et futur infarctus du myocarde et mortalité coronarienne par rapport à la revascularisation. Cela suggère que EN-RAGE est davantage un déterminant des événements coronariens aigus avec instabilité de la plaque plutôt que la maladie coronarienne stable. Cette observation selon laquelle EN-RAGE, un membre de la famille des protéines S100, est un déterminant important des événements coronariens aigus est conforme aux études précédentes qui ont rapporté des taux plus élevés d'ARNm et des taux plasmatiques de protéines de la famille S100 (S100A8/9) chez des patients atteints de Infarctus du myocarde avec élévation du segment ST par rapport aux cas de maladie coronarienne stables. 19 En outre, une étude post-mortem chez des personnes décédées de mort subite d'origine cardiaque a révélé des niveaux d'expression élevés de S100A12 dans le muscle lisse de l'artère coronaire dans les plaques rompues, en particulier chez les diabétiques.20 Cependant, le rapport de risque spécifique à la cause des événements coronariens n'était pas significativement différent selon la méthode proposée par Lunn et McNeil. Nous n'avons peut-être pas eu la puissance nécessaire pour observer une différence significative en raison du nombre limité de cas dans ces analyses spécifiques à la cause.

En étudiant la valeur ajoutée d'EN-RAGE dans la prédiction du risque de maladie coronarienne à 10 ans, nous avons constaté une amélioration de la prédiction du risque lorsque nous avons ajouté EN-RAGE au score de risque de Framingham. Cela suggère qu'EN-RAGE, en tant que marqueur non invasif de la future maladie coronarienne, pourrait être utile pour prédire le risque de maladie coronarienne dans la population générale. Bien que nous ayons corrigé le changement de la statistique c par optimisme, nous pensons que d'autres études sont nécessaires pour établir le rôle potentiel d'EN-RAGE dans la prédiction du risque de maladie coronarienne.

EN-RAGE, un membre de la famille de protéines S100 des protéines de liaison au calcium EF-hand, est un ligand inflammatoire produit de manière endogène du RAGE 21 et du récepteur Toll-like 4. 22 RAGE est un membre de la superfamille des immunoglobulines des molécules de surface cellulaire et est exprimé dans plusieurs tissus, y compris les cellules endothéliales, les cellules musculaires lisses vasculaires et les macrophages dérivés des monocytes. 23 La liaison de RAGE par EN-RAGE active des cascades inflammatoires, y compris la voie de signalisation pro-inflammatoire NF-κB, une voie bien connue du système immunitaire inné impliqué dans la pathogenèse de la maladie coronarienne. 21,24 De plus, les voies de signalisation intracellulaire déclenchées par EN-RAGE peuvent altérer l'expression des gènes et réguler positivement la synthèse de la molécule d'adhésion cellulaire vasculaire-1 et la synthèse de la molécule d'adhésion intracellulaire-1. 21 Considérant l'athérosclérose comme une maladie inflammatoire chronique, l'engagement de RAGE par EN-RAGE peut jouer un rôle important dans la pathogenèse de l'athérosclérose et par la suite de la maladie coronarienne. En accord avec ces preuves, l'expression d'EN-RAGE dans les cellules musculaires lisses vasculaires peut moduler le remodelage de la paroi aortique et stimuler la production de cytokines et augmenter le stress oxydatif. 25 De plus, EN-RAGE accélère l'athérosclérose et la calcification vasculaire chez les souris apolipoprotéine E-null. 26 Récemment, il a été démontré qu'EN-RAGE accélère le développement de l'hypertrophie cardiaque et du dysfonctionnement diastolique chez les souris atteintes d'insuffisance rénale chronique. 27 L'effet d'activation des monocytes d'EN-RAGE a également été observé comme étant dépendant du récepteur 4 de type Toll. 22 Il a été démontré que EN-RAGE facilite l'activation des monocytes inflammatoires par le récepteur Toll-like 4 et que cet effet est modulé par le RAGE. Les récepteurs de type Toll ont été largement étudiés dans le domaine des maladies cardiovasculaires car ils sont exprimés dans les membranes cellulaires vasculaires et myocardiques. 28 Le rôle important d'EN-RAGE dans la pathogenèse de l'athérosclérose est encore souligné par une étude récente où l'inhibition pharmacologique de l'athérosclérose médiée par S100A12 a amélioré les caractéristiques de la plaque athéroscléreuse, y compris des noyaux nécrotiques plus petits, une calcification diminuée et un nombre réduit de cellules inflammatoires. 29

Cette étude présente certaines forces et limites. La conception de l'étude prospective basée sur la population, la diversité des biomarqueurs inflammatoires disponibles et le suivi à long terme de la maladie coronarienne peuvent être considérés comme les principaux points forts de la présente étude. De plus, nos résultats sont robustes en ce qui concerne le strict Bonferroni P valeur que nous avons utilisée comme seuil pour les associations significatives dans la première étape. Plusieurs limites doivent également être reconnues. Premièrement, bien que nous ayons ajusté notre analyse pour différents facteurs de confusion potentiels, nous ne pouvons pas exclure l'effet de facteurs de confusion inconnus ou non mesurés. Cependant, parce que nous avons ajusté les facteurs de risque traditionnels et couramment utilisés pour les maladies coronariennes et les voies inflammatoires, nous pensons que EN-RAGE en tant que nouveau marqueur inflammatoire pour les maladies coronariennes est intéressant car il pourrait refléter d'autres voies qui conduisent à la maladie coronarienne. Deuxièmement, nous avons dû exclure les biomarqueurs inflammatoires avec de faibles concentrations sériques. Néanmoins, les biomarqueurs sélectionnés ont une exhaustivité des mesures > 60 %, ce qui indique une qualité de quantification acceptable. Troisièmement, notre population est de ≥55 ans. Par conséquent, la généralisation des résultats à une catégorie d'âge plus jeune doit être prudente. Notre étude indique seulement une association que nous pensons que d'autres études sont nécessaires pour établir le rôle causal d'EN-RAGE dans la pathogenèse de la maladie coronarienne.

En conclusion, notre étude suggère que des niveaux plus élevés d'EN-RAGE sérique sont associés à une incidence de coronaropathie au-delà des facteurs de risque cardiovasculaire et des marqueurs inflammatoires conventionnels. Ces résultats fournissent des preuves d'un rôle d'EN-RAGE dans le développement de la maladie coronarienne et suggèrent ce marqueur comme cible potentielle pour la thérapie médicamenteuse et la prédiction des risques.


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Cibler la signalisation RAGE dans les maladies inflammatoires

Le récepteur des produits finaux de glycation avancée (RAGE) est un récepteur de reconnaissance de formes multiligand impliqué dans divers états inflammatoires chroniques. RAGE se lie et médie la réponse cellulaire à une gamme de molécules de motifs moléculaires associés aux dommages (DAMP), notamment les AGE, les HMGB1, les S100 et l'ADN. RAGE peut également agir comme un capteur immunitaire inné des molécules de modèle moléculaire associées aux agents pathogènes microbiens (PAMP), y compris l'endotoxine bactérienne, les virus respiratoires et l'ADN microbien. Le RAGE est exprimé à de faibles niveaux dans des conditions physiologiques normales, mais il est fortement régulé à la hausse en cas d'inflammation chronique en raison de l'accumulation de divers ligands de RAGE. Le blocage de la signalisation RAGE dans des modèles cellulaires et animaux a révélé que le ciblage de RAGE altère l'inflammation et la progression des complications vasculaires diabétiques, des maladies cardiovasculaires (MCV) et de la progression du cancer et des métastases. La pertinence clinique du RAGE dans les maladies inflammatoires est démontrée dans les essais cliniques émergents de nouveaux inhibiteurs du RAGE à petites molécules.


Résumé

Le récepteur de l'AGE (RAGE) est un membre multiligand de la superfamille des immunoglobulines des molécules de surface cellulaire. L'engagement de RAGE par ses ligands de transduction de signal évoque l'infiltration et l'activation des cellules inflammatoires dans la paroi vasculaire. Dans le diabète, lorsqu'il est alimenté par un stress oxydant, une hyperglycémie et des stress superposés tels que l'hyperlipidémie ou une lésion artérielle dénudée par ballonnet/endothélial, l'axe ligand-RAGE amplifie le stress vasculaire et accélère l'athérosclérose et l'expansion néointimale. Dans ce bref résumé, nous passons en revue l'utilisation de modèles de rongeurs pour tester ces concepts. Pris ensemble, nos résultats soutiennent l'hypothèse que RAGE est une étape d'amplification dans l'inflammation vasculaire et l'accélération de l'athérosclérose. Les futures études doivent tester rigoureusement l'impact potentiel du blocage de RAGE sur des sujets humains. De tels essais se profilent à l'horizon.

L'engagement du ligand du récepteur pour les produits finaux de glycation avancée (RAGE) évoque une inflammation et une perturbation vasculaires. Dans le diabète, lorsqu'il est alimenté par l'oxydation, l'hyperglycémie et les stress superposés, l'axe ligand-RAGE accélère l'athérosclérose et l'expansion néointimale. Des études sur des modèles de diabète de rongeurs suggèrent qu'il est logique de tester l'impact du blocage de RAGE chez des sujets humains.

Le récepteur des produits finaux de glycation avancée (RAGE) est un membre multi-ligand de la superfamille des immunoglobulines des molécules de surface cellulaire. 1,2 Sa capacité à reconnaître plusieurs classes de ligands, tels que les produits finaux de glycation avancée (AGE), les S100/calgranulines, l'amphotérine, le peptide amyloïde-β et les fibrilles à feuillets β, et MAC-1, 3-8 suggère que le répertoire des effets RAGE-dépendants dans les tissus peuvent être divers. Dans ce contexte, la fonction de ce récepteur ne semble pas être de dégrader/détoxifier le ligand, mais plutôt, par transduction de signal déclenchée par le domaine cytosolique RAGE, de propager des réponses immunitaires/inflammatoires. 3,9

Bien que les AGEs soient une classe hétérogène de composés, des études ont montré qu'une classe particulière de ces espèces, les adduits N carboxyméthyl lysine (CML) de protéines/lipides, sont des ligands de transduction de signal spécifiques de RAGE. 9 Les adduits modifiés par la LMC peuvent être générés par une variété de stimuli. En plus de la génération dans l'hyperglycémie, les adduits de la LMC peuvent également être générés par l'activation de la voie de la myéloperoxydase. 10 Des études récentes ont montré que le peroxynitrite peut induire la formation de LMC par clivage d'un produit d'Amadori et, également, par la génération de -oxoaldéhydes réactifs à partir du glucose. 11 Ces considérations mettent en évidence le concept selon lequel une fois déclenché, l'hyperglycémie associée au diabète et le stress oxydant amplifient la production d'un large éventail d'espèces biochimiques qui s'accumulent pour stimuler l'activation cellulaire et maintenir la perturbation des tissus.

De plus, dans le diabète, des mécanismes distincts peuvent être engagés pour alimenter davantage le cycle de génération d'AGE et de stress oxydant. 12 Un exemple spécifique est la voie des polyols. Le glucose est réduit en sorbitol par l'aldose réductase, l'enzyme centrale de cette voie. Il en résulte une génération de fructose. Le fructose est converti en fructose-3-phosphate par l'action de la 3-phosphokinase. Un produit principal de cette réaction est la 3-désoxyglucosone, un précurseur clé dans la génération de plusieurs types d'AGE, tels que les adduits de la LMC et autres. 13,14 Il a été démontré que dans l'insuffisance rénale, les taux plasmatiques de 3-désoxyglucosone augmentent parallèlement à l'augmentation des taux d'aldose réductase dans les érythrocytes. 14 L'administration d'un inhibiteur de l'aldose réductase, l'épalrestat, à des sujets diabétiques a entraîné une réduction des taux d'adduits de la LMC et de leurs précurseurs dans les érythrocytes et une diminution des taux plasmatiques de substances réactives à l'acide thiobarbiturique. 15 Ces considérations mettent en évidence le concept selon lequel de multiples forces sont en jeu dans le diabète pour augmenter la génération d'espèces biochimiques nocives pour les tissus qui signalent une perturbation cellulaire chronique.

En effet, une fois les AGE formés, leur interaction avec le RAGE déclenche la génération de cytokines pro-inflammatoires, de molécules d'adhésion et de chimiokines. L'attraction de cellules inflammatoires telles que les leucocytes polymorphonucléaires, les phagocytes mononucléaires et les lymphocytes T dans le tissu fournit un mécanisme pour maintenir la réponse inflammatoire. Dans le contexte du RAGE, ces cellules peuvent abriter des S100/calgranulines pro-inflammatoires et de l'amphotérine. Une fois que ces molécules sont libérées dans le tissu, l'interaction S100/calgranulines/amphotérine-RAGE peut amplifier l'inflammation et les lésions tissulaires par les voies autocrines et paracrines. 3,16–18

Modèles d'athérosclérose dans le diabète

De multiples enquêtes épidémiologiques soutiennent l'hypothèse selon laquelle le diabète accélère l'athérosclérose Les sujets humains atteints de diabète présentent une accélération frappante de l'athérosclérose, en plus de l'incidence accrue d'événements cardiaques, tels que les crises cardiaques et les accidents vasculaires cérébraux. 19–22 Des études sur des sujets humains indiquent que RAGE et ses ligands de transduction de signal sont exprimés dans le système vasculaire diabétique et les plaques athéroscléreuses. 23,24 Cipollone et al ont montré que par rapport aux plaques humaines non diabétiques, les plaques diabétiques étaient caractérisées par un plus grand nombre de phagocytes mononucléés, de lymphocytes T et de cellules HLA-DR +, parallèlement à une expression accrue de RAGE, de NF-kB activé, de cox -2, et les métalloprotéinases matricielles. L'étendue de l'expression de RAGE s'est avérée en corrélation avec les niveaux d'hémoglobine glycosylée. 24 Bien que de telles études ne délimitent pas le lien biochimique/moléculaire entre l'axe ligand/RAGE, l'inflammation et l'athérosclérose, ces expériences soutiennent néanmoins l'hypothèse selon laquelle RAGE peut participer à l'augmentation des lésions vasculaires et à la progression de l'athérosclérose.

Des études sur des modèles murins sont en cours pour tester la prémisse selon laquelle RAGE contribue à l'accélération de l'athérosclérose dans le diabète.

Modèles animaux et athérosclérose diabétique accélérée

Le premier modèle murin à soutenir le concept selon lequel l'hyperglycémie accélérait l'athérosclérose a testé l'hypothèse selon laquelle l'induction du diabète à l'aide de multiples faibles doses de streptozotocine entraînerait une athérosclérose accrue chez les souris nourries avec un régime de type occidental. 25 Dans ces premières études, des souris BALB/c et C57BL/6 de type sauvage ont été utilisées. Chez ces animaux, la manipulation génétique n'a pas été utilisée comme moyen de déclencher/d'améliorer le développement de l'athérosclérose. Au contraire, la modification du régime alimentaire induit une hyperlipidémie. Dans cette étude, Kunjathoor et al ont montré que les souris BALB/c nourries avec un régime athérogène et rendues diabétiques avec de la streptozotocine présentaient une augmentation de 17 fois de la zone de lésion athéroscléreuse par rapport aux souris traitées au citrate (non diabétiques) nourries avec le même régime athérogène. Bien que les lésions se limitaient à des stries graisseuses, les études histologiques ont néanmoins révélé la présence à la fois de phagocytes mononucléés en excès et de cellules musculaires lisses dans les plaques. 25 Il est intéressant de noter que ces chercheurs ont constaté qu'il n'y avait aucune différence dans la zone moyenne de lésion athéroscléreuse entre les souris C57BL/6 diabétiques (streptozotocine) et non diabétiques nourries avec un régime athérogène. 25 Ces considérations soulignent l'influence critique que de multiples facteurs peuvent exercer sur l'initiation et la progression de l'athérosclérose, tels que le patrimoine génétique, le régime alimentaire et l'environnement, en particulier dans le cadre d'une hyperglycémie superposée.

En plus de la modulation alimentaire du profil lipidique, la modification génétique fournit un moyen de modifier le profil lipidique chez la souris. Pour tester le rôle de l'hyperglycémie dans l'accélération potentielle de l'athérosclérose, nous avons utilisé des souris chez lesquelles la manipulation génétique a rendu les animaux hyperlipidémiques par délétion de l'apolipoprotéine E (apo E-/-). 26–27 souris Apo E−/− présentent des lésions de plusieurs phases d'athérosclérose réparties dans l'arbre artériel. 28 Sur un régime alimentaire normal, les travaux du groupe Russell Ross ont montré que les souris apo E−/− présentaient des lésions à cellules spumeuses dès l'âge de 8 semaines à l'âge de 15 semaines, des lésions avancées étaient évidentes. 28 Les lésions avancées consistaient en une coiffe fibreuse contenant des cellules musculaires lisses entourées d'une matrice de tissu conjonctif recouvrant un noyau nécrotique avec des macrophages mousseux. 28 Lors de l'induction d'un régime de type occidental, les lésions étaient généralement plus avancées. 28

Sur la base de l'observation que les souris apo E-/- ont développé des lésions complexes caractéristiques des plaques humaines avancées, nous avons cherché à tester l'hypothèse selon laquelle l'induction de l'hyperglycémie chez ces animaux accélérerait davantage l'athérosclérose et la complexité des lésions. Dans les premières études, nous avons rendu diabétiques des souris mâles apo E−/− âgées de 6 semaines avec de la streptozotocine. 29 Ces souris apo E−/− ont été précédemment rétrocroisées >10 générations dans C57BL/6. Après 6 semaines de diabète établi, à l'âge de 13 à 14 semaines, les souris diabétiques apoE−/− présentaient des lésions discrètes aux principaux points de ramification de l'aorte thoracique et de la crosse de l'aorte. En revanche, les souris apoE-/- euglycémiques du même âge n'ont pas présenté de lésions dans l'aorte proximale. 30 L'analyse morphométrique quantitative a révélé une augmentation ≈ 5 fois supérieure de la zone de lésion moyenne au niveau du sinus aortique chez les souris diabétiques apoE-/- par rapport aux animaux non diabétiques apoE-/- (Figure 1a). L'analyse histologique des souris euglycémiques apoE−/− a révélé des stries graisseuses typiques visualisées avec l'huile rouge O. À cet âge, la majorité des lésions chez les animaux non diabétiques n'ont pas progressé vers des stades avancés. Cependant, chez les souris apoE-/- diabétiques du même âge, des plaques fibreuses plus grandes et plus avancées avec une propension à la formation de capuchons ont été observées (figure 1b). 30 La complexité des lésions était définie par la présence de fentes de cholestérol, de nécrose ou de formation de coiffe fibreuse. 30

Figure 1. Le blocage de RAGE supprime l'athérosclérose accélérée chez les souris diabétiques apo E-/- : intervention précoce. Les souris Apo E-/- ont été soit rendues diabétiques avec de la streptozotocine soit traitées avec du tampon citrate (témoin). Chez les souris diabétiques, les animaux ont été traités avec un véhicule une fois par jour, de l'albumine sérique murine (MSA) ou différentes doses quotidiennes de sRAGE. Après 6 semaines de diabète ou de traitement témoin, le cœur et l'aorte ont été disséqués. L'impact du blocage de RAGE sur la zone de lésion (a) et la complexité (b) est montré.

Dans ce modèle, le diabète était suivi d'une augmentation en fonction du temps du cholestérol total plasmatique. 30 Après 6 semaines de diabète, une augmentation ≈ 2 fois supérieure du cholestérol a été notée chez les souris diabétiques apoE−/− par rapport aux animaux non diabétiques, alors que les taux plasmatiques de triglycérides étaient inchangés. Le fractionnement du cholestérol plasmatique par ultracentrifugation en gradient de densité a révélé des augmentations significatives des chylomicrons/lipoprotéines de très basse densité (≈ 2,6 fois) et des lipoprotéines de densité intermédiaire/lipoprotéines de basse densité (LDL) (≈ 2,5 fois) chez les diabétiques du même âge. par rapport aux souris euglycémiques apoE−/−, tandis que le HDL était plus modestement modifié (≈1,5 fois plus élevé chez les diabétiques que chez les souris témoins). 30 En revanche, l'ultracentrifugation en gradient de densité a montré des différences minimes ou nulles dans le profil des triglycérides plasmatiques. 30

Parallèlement à l'élévation du glucose, la formation accrue d'AGE chez les souris diabétiques apoE−/− a été démontrée par une augmentation ≈ 2,3 fois supérieure des épitopes immunoréactifs aux AGE dans le matériel soluble dans l'acide extrait du tissu rénal après 6 semaines de diabète, par rapport à l'apo euglycémique. Contrôles E-/- et augmentation ≈ 2,5 fois des AGE plasmatiques chez les souris apoE-/- diabétiques par rapport aux souris témoins non diabétiques. 30 D'autres études ont révélé que les lysats aortiques récupérés de souris diabétiques apo E−/− présentaient des niveaux accrus de la famille de ligands pro-inflammatoires RAGE, épitopes S100/calgranuline, par rapport aux souris non diabétiques apo E−/− du même âge. 31

Il est intéressant de noter que bien que Kunjathoor et al n'aient pas trouvé d'athérosclérose substantielle chez les souris diabétiques (streptozotocine) C57BL/6, 25 le déclencheur de l'athérosclérose, l'hyperlipidémie induite par l'alimentation, différait des moyens d'induire une hyperlipidémie chez les souris apoE−/−. Ces résultats mettent en évidence le concept selon lequel, en plus du contexte génétique, d'autres influences, telles que le degré et la nature de l'élévation des lipides, peuvent influencer de manière importante le développement et la progression de l'athérosclérose dans le diabète.

Athérosclérose diabétique accélérée : le rôle du RAGE

Suite au développement du modèle streptozotocine–apo E−/− d'athérosclérose complexe accélérée dans le diabète murin, l'impact du blocage de RAGE a été testé. Dans les premières études, le RAGE murin soluble (sRAGE), les deux tiers extracellulaires du récepteur qui fonctionne pour lier le ligand et bloquer ainsi l'interaction avec et l'activation du RAGE de surface cellulaire, a été utilisé. 32 Le RAGE soluble a été administré une fois par jour par voie intrapéritonéale à des souris diabétiques apo E-/-, en commençant immédiatement au moment où l'hyperglycémie s'est développée. Par rapport aux souris diabétiques recevant de l'albumine sérique de souris (MSA), les souris diabétiques apo E-/- traitées avec sRAGE ont montré une suppression dose-dépendante de l'athérosclérose accélérée (Figure 1a et 1b, respectivement). En plus de la zone de lésion athéroscléreuse diminuée, la complexité de la lésion a été diminuée chez les souris diabétiques traitées par sRAGE. 30 Cette facette de l'impact du blocage de RAGE a suggéré que l'antagonisme de cet axe avait le potentiel de supprimer la progression de la lésion et, éventuellement, le développement de plaques instables très enflammées.

Il est important de noter que le traitement des souris diabétiques avec sRAGE n'a pas affecté le degré d'hyperglycémie ou le niveau d'insulinémie par rapport aux souris diabétiques traitées avec de l'albumine sérique murine. Le cholestérol total et les triglycérides n'étaient pas non plus affectés par le traitement avec sRAGE, et la composition des particules lipidiques n'était pas non plus modifiée chez les souris diabétiques apoE−/− traitées par sRAGE par rapport aux souris recevant de l'albumine sérique murine. 30 Ces données suggèrent que les effets bénéfiques du blocage de RAGE sont à la fois indépendants de la glycémie et indépendants des lipides, indiquant que les facteurs propres à l'environnement diabétique sont modulés favorablement. Dans ce contexte, nous supposons que l'hyperglycémie et l'hyperlipidémie alimentent la génération d'AGE ainsi, sRAGE exerce son impact en aval des facteurs de risque traditionnels.

Conformément à cette prémisse, les niveaux d'AGE du rein et du plasma chez les souris diabétiques ont été réduits aux niveaux observés chez les animaux non diabétiques par l'administration de sRAGE d'une manière dose-dépendante. Des résultats similaires ont été observés lors de l'examen des AGE plasmatiques. 30 Ces résultats soutiennent l'affirmation selon laquelle les déclencheurs de la formation d'AGE pourraient également être supprimés par le blocage de RAGE. Pour commencer à résoudre ce problème, la LDL a été isolée à partir de souris traitées par sRAGE et de souris traitées à l'albumine sérique murine. La susceptibilité à l'oxydation induite par le cuivre de LDL 33 récupérée de souris apoE-/- diabétiques traitées par sRAGE a été diminuée par rapport aux souris diabétiques traitées avec de l'albumine sérique murine, tel qu'évalué par le temps de latence moyen jusqu'à la formation de diènes conjugués. 30

Blocus de RAGE : intervention tardive

Pour déterminer l'impact potentiel du blocage de RAGE dans les lésions athérosclérotiques établies, le modèle apo E-/- du diabète induit par la streptozotocine a été utilisé. 34 Les souris ont été rendues diabétiques par la streptozotocine à l'âge de 6 semaines et laissées sans traitement jusqu'à l'âge de 14 semaines. À l'âge de 14 semaines, certaines souris diabétiques apo E-/- ont été euthanasiées pour établir la zone/complexité de la lésion athéroscléreuse « de base ».L'induction du diabète était associée à une augmentation de la zone de lésion athéroscléreuse par rapport aux témoins non diabétiques à l'âge de 14 et 20 semaines (Figure 2b et 2a et 2d et 2c, respectivement). Chez les souris diabétiques traitées avec sRAGE âgées de 14 à 20 semaines, la zone de lésion athéroscléreuse était significativement réduite par rapport aux souris traitées avec de l'albumine sérique murine (Figure 2e et 2d, respectivement). Des coupes transversales colorées au rouge huile de l'aorte à travers le sinus aortique ont révélé que, par rapport aux souris non diabétiques, les souris diabétiques présentaient des lésions athéroscléreuses plus grandes et plus étendues à 14 semaines (Figure 2f et 2g, respectivement) et 20 semaines (Figure 2h et 2i , respectivement). Chez les souris diabétiques traitées avec sRAGE, les lésions athérosclérotiques étaient plus petites que celles observées chez les souris diabétiques traitées avec le véhicule à l'âge de 20 semaines (Figure 2j et 2i, respectivement).

Figure 2. Le blocage de RAGE supprime l'athérosclérose accélérée chez les souris diabétiques apo E-/- : intervention tardive. Des souris Apo E-/- ont été rendues hyperglycémiques à l'aide de streptozotocine ou ont été traitées avec un tampon citrate à l'âge de 6 semaines. À l'âge de 14 semaines, les souris ont été traitées avec du sRAGE, 100 g par jour, ou de la sérumalbumine murine (MSA). Les souris ont été euthanasiées à l'âge de 20 semaines et les aortes ont été disséquées et photographiées (a à e). Dans d'autres études, des coupes au niveau de la racine aortique ont été préparées et colorées au rouge huile O (f à j). Barre d'échelle : a à e, 0,3 cm f à j, 125 m.

Une analyse morphométrique quantitative a été réalisée et a confirmé que les souris diabétiques traitées avec sRAGE à 20 semaines présentaient une diminution significative de la zone de lésion athéroscléreuse moyenne par rapport aux animaux diabétiques murins traités à l'albumine sérique (figure 3a). Bien que la zone de lésion moyenne ait augmenté chez les souris diabétiques à 20 semaines par rapport à 14 semaines, la zone de lésion moyenne chez les souris diabétiques traitées par sRAGE à 20 semaines n'était pas significativement différente de celle observée chez les souris diabétiques à 14 semaines (figure 3a). 34 De plus, à l'âge de 20 semaines, la zone de lésion moyenne chez les souris diabétiques traitées par sRAGE était significativement réduite par rapport aux lésions chez les animaux non diabétiques du même âge (figure 3a). 34

Figure 3. Le blocage de RAGE supprime l'athérosclérose établie chez les souris diabétiques apo E-/- : aire et complexité de la lésion. La quantification de la zone de lésion athéroscléreuse moyenne (a) et le nombre moyen de lésions complexes par section (b) ont été déterminés.

De plus, nous avons examiné la complexité des lésions (telle que définie, les coiffes fibreuses, les coiffes de cholestérol ou la nécrose des lésions) 30 chez ces animaux. Chez les souris diabétiques traitées avec sRAGE âgées de 14 semaines à 20 semaines, le nombre moyen de lésions complexes a été significativement réduit par rapport aux animaux diabétiques traités avec de l'albumine sérique murine, et la complexité des lésions n'était pas significativement différente chez les souris diabétiques traitées avec sRAGE à 20 semaines par rapport à avec des souris diabétiques à l'âge de 14 semaines (Figure 3b). 34 Une tendance à la diminution de la complexité des lésions a été observée chez les souris diabétiques traitées par sRAGE à l'âge de 20 semaines par rapport aux animaux non diabétiques du même âge, bien que les résultats n'aient pas atteint une signification statistique (figure 3b). 34 Parallèlement à la stabilisation de la zone et de la complexité des lésions athéroscléreuses, le blocage du RAGE était associé à une diminution de l'expression vasculaire de la molécule d'adhésion cellulaire vasculaire-1, du peptide chimioattractif des monocytes JE-1, de la cyclooxygénase-2, des épitopes de nitrotyrosine, de la métalloprotéinase matricielle-9 (antigène et activité) et des épitopes de facteurs tissulaires (figure 3b). 34

En plus des voies biochimiques et moléculaires liées à l'athérosclérose, nous avons examiné la teneur en collagène des plaques d'athérosclérose en utilisant la coloration rouge de Picrosirius et la microscopie optique polarisée. Le diabète était associé à une augmentation significative de l'étendue du collagène par lésion chez les souris diabétiques par rapport aux témoins non diabétiques à l'âge de 20 semaines. En présence d'un blocage de RAGE, une diminution significative de la teneur en collagène par lésion a été notée par rapport à celle observée chez les souris diabétiques traitées avec de l'albumine sérique murine. 34 L'étendue du dépôt de collagène chez les souris diabétiques traitées au sRAGE n'était pas significativement différente de celle observée chez les animaux non diabétiques du même âge ou les souris diabétiques à l'âge de 14 semaines. 34 Nous proposons que dans le diabète, l'augmentation du nombre de cellules musculaires lisses et de la teneur en collagène dans les plaques d'athérosclérose diabétique, l'augmentation significative du nombre de phagocytes mononucléés et l'amélioration frappante des mécanismes pro-inflammatoires au sein des lésions font pencher la balance entre l'inflammation et la stabilité des lésions. De plus, en particulier dans les lésions diabétiques, l'augmentation de l'expression/activité de la métalloprotéinase matricielle et la génération d'antigène du facteur tissulaire dans les plaques augmentent la probabilité de progression et d'instabilité de la plaque.

Certes, ces concepts nécessitent des tests supplémentaires dans des espèces distinctes telles que les porcs ou les primates non humains pour aborder le rôle potentiel du blocage de RAGE dans la suppression de l'instabilité de la plaque.

Diabète et athérosclérose : d'autres modèles pour tester l'impact du RAGE

Il est important de noter que les effets du blocage de RAGE sur l'athérosclérose n'étaient pas limités aux souris apo E-/-. Un modèle murin supplémentaire a été utilisé pour déclencher une hypercholestérolémie basale sur laquelle superposer un stress hyperglycémique. Lorsque des souris déficientes en récepteurs LDL sont devenues diabétiques et nourries avec un régime alimentaire normal, non enrichi en graisse, une augmentation de la zone de lésion athéroscléreuse s'en est suivie. Lors de l'administration de sRAGE, l'athérosclérose accélérée a été atténuée. 35 Ces résultats étaient en contradiction avec les travaux de Reavan et al. Ces chercheurs ont découvert que l'induction du diabète par la streptozotocine chez des souris à récepteur LDL−/− nourries avec un régime riche en graisses sur une période prolongée n'entraînait pas d'accélération de l'athérosclérose. 36 Nous postulons que les différences entre ces 2 résultats d'étude peuvent être attribuées, au moins en partie, à la prémisse qu'à la racine aortique, le degré d'athérosclérose qui peut être atteint est fini. Ainsi, en particulier sur des périodes prolongées chez des souris occidentales nourries avec un régime alimentaire, les différences entre les groupes diabétiques et non diabétiques peuvent devenir moins apparentes à mesure que l'athérosclérose chez les animaux non diabétiques continue de progresser.

De plus, nous avons récemment étendu ces concepts à des modèles murins de diabète de type 2 insulino-résistant. Pour ce faire, nous avons sélectionné des souris apo E−/− dans le fond db/db. Ces animaux, déficients en signalisation des récepteurs de la leptine, présentent une hyperinsulinémie, une hyperglycémie et une obésité frappantes. Par rapport aux compagnons de portée apo E−/− non diabétiques, les souris apo E−/−/db/db ont présenté une augmentation de l'athérosclérose, qui a diminué lors de l'administration quotidienne de sRAGE. 37

Diabète, athérosclérose et souris hyperlipidémiques : effet d'interventions distinctes

Les modèles murins de souris diabétiques apo E et LDL récepteur-/- induites par la streptozotocine ont également été utilisés par d'autres chercheurs pour tester l'impact de voies et d'interventions distinctes. Par exemple, Lin et al ont montré que la restriction alimentaire des glycotoxines fournit une protection anti-athérogène chez les souris apo E−/− traitées à la streptozotocine. Ces résultats renforcent l'hypothèse des AGE dans les lésions vasculaires. Dans le groupe restreint en AGE de souris diabétiques apo E−/−, l'immunohistochimie a révélé une diminution de l'accumulation des AGE et des récepteurs AGE, y compris RAGE, parallèlement à une réduction du nombre de cellules inflammatoires et de l'expression du facteur tissulaire, de la molécule d'adhésion cellulaire vasculaire-1 et de JE -Monocytes chimioattractant peptide-1 dans les lésions vasculaires. 38 Levi et al ont montré que le traitement de souris diabétiques à récepteur LDL−/− avec des agonistes gamma activés par les proliférateurs de peroxysomes tels que la rosiglitazone atténue l'athérosclérose chez ces animaux, sans impact sur les niveaux de glucose sanguin. 39 Le rôle de l'enzyme de conversion de l'angiotensine a été étudié par Candido et al. Ces chercheurs ont montré que l'administration de périndopril pendant 20 semaines prévenait l'athérosclérose associée au diabète parallèlement à une expression aortique réduite de l'enzyme de conversion de l'angiotensine, du facteur de croissance du tissu conjonctif et de l'adhésion des cellules vasculaires. surexpression de la molécule 1. 40 Dans d'autres études, Tse et al ont testé l'impact du 17 -estradiol chez des souris mâles diabétiques apo E−/− et ont démontré qu'un traitement chronique au 17 β-estradiol réduisait la surface des lésions dans plusieurs segments vasculaires de ces souris, parallèlement à une diminution glycémie et taux de triglycérides. 41

Ainsi, pris ensemble, ces modèles murins d'athérosclérose diabétique fournissent un modèle pour la dissection des voies moléculaires liées à la pathogenèse des complications macrovasculaires du diabète et, également, l'impact potentiel des interventions thérapeutiques.

Le diabète et le problème de la resténose

Des études épidémiologiques indiquent que chez les sujets humains atteints de diabète, une resténose exagérée accompagne couramment une lésion artérielle aiguë, telle que celle induite par une angioplastie thérapeutique. 42–44 Des études ont en outre démontré que le stenting du vaisseau traité n'offre pas une protection complète contre la resténose et les événements coronariens. 42,43 Même avec le développement récent des stents recouverts de sirolimus, il n'est pas encore clair si les sujets diabétiques bénéficieront pleinement de cette nouvelle thérapie. 45–47

Pour disséquer les événements biochimiques et moléculaires liés à l'augmentation de la resténose chez les sujets humains diabétiques, il a d'abord été nécessaire d'établir des modèles animaux pour aborder facilement ces concepts.

Études chez le rat

Les premières études utilisant des rats diabétiques ont été réalisées chez des rats Zucker obèses présentant un diabète insulino-résistant de type 2. 48 Fait intéressant, par rapport à l'induction du diabète (type 1) chez les rats Sprague-Dawley par la streptozotocine dans laquelle l'hyperplasie néointimale n'était pas exagérée, Park et al ont montré que les rats Zucker obèses soumis à une lésion par ballonnet carotidien présentaient une augmentation de >2 fois de la zone néointimale par rapport avec des rats maigres Zucker (non diabétiques) au jour 21 après la blessure. 48 Dans l'intima de ces animaux, la prolifération cellulaire a nettement augmenté, commençant au jour 3 et persistant jusqu'au jour 14. Ce modèle animal a ensuite été utilisé pour tester le rôle du blocage de RAGE. L'administration de sRAGE a commencé juste avant la lésion artérielle et s'est poursuivie pendant la première semaine après la lésion par ballonnet. Comparativement au traitement par véhicule (albumine), les rats traités par sRAGE ont affiché une diminution significative de l'expansion néointimale. 49 Une découverte clé de cette étude était la réduction marquée de l'incorporation de bromodésoxyuridine dans les cellules musculaires lisses de la néo-intima en expansion chez les rats traités par sRAGE. Ces expériences ont fortement suggéré que les cellules musculaires lisses exprimant RAGE, au moins en partie, contribuaient de manière importante à l'expansion néointimale améliorée associée au diabète après une blessure aiguë.

Études sur des modèles murins

Ces résultats suggèrent qu'il était logique de disséquer davantage le rôle de RAGE dans les lésions artérielles. Dans les modèles de rats, cependant, l'incapacité d'utiliser des approches transgéniques/knockout a limité cette approche. En outre, des études directes dans des modèles murins faciliteraient le test de souris génétiquement modifiées par RAGE, soutenant ainsi l'hypothèse selon laquelle la cible principale de sRAGE était le récepteur lui-même. Ainsi, pour utiliser des modèles murins, une lésion endothéliale aiguë de l'artère fémorale a été induite selon un modèle préalablement établi et validé. 50 blessure induite par le fil de guidage à l'artère fémorale a été réalisée et l'impact de la modification pharmacologique et génétique de RAGE a été testé. RAGE et ses ligands, CML-AGEs et S100/calgranulines, ont été régulés positivement dans la paroi du vaisseau fémoral après une blessure, en particulier dans les cellules musculaires lisses. 51 Au jour 28 après la blessure, une diminution dose-dépendante du rapport intima/média (I/M) a été observée chez les souris traitées avec sRAGE par rapport au véhicule (sérum albumine murine). 51 Il est important de noter que les souris homozygotes RAGE-/- ont affiché une diminution du rapport I/M au jour 28 après la blessure par rapport aux animaux témoins de la même portée soumis à une dénudation artérielle (Figure 4a à 4c). Le nombre de cellules musculaires lisses en prolifération a été significativement réduit chez les souris RAGE-/- par rapport aux témoins. 51

Figure 4. Les souris homozygotes RAGE (0) et les souris transgéniques exprimant un RAGE négatif dominant (DN) déficient dans les cellules musculaires lisses présentent une diminution de l'expansion néointimale consécutive à une lésion artérielle aiguë. Des souris homozygotes RAGE-/- (a à c) et des souris transgéniques exprimant sélectivement le DN RAGE dans les cellules musculaires lisses (conduites par le promoteur alpha SM22) (d) et des congénères de type sauvage ont été soumises à une blessure par fil de guidage de l'artère fémorale. Le rapport intima/média a été déterminé au jour 28 après la blessure (a, d). La coloration élastique de Von Gieson a été réalisée sur une coupe d'artère fémorale représentative d'une souris porteuse de RAGE de type sauvage (b) et d'une souris RAGE-/- (c). Barre d'échelle : 50 m.

Comme les souris homozygotes RAGE-/- n'expriment RAGE dans aucun type cellulaire, une stratégie supplémentaire a été utilisée pour disséquer spécifiquement le rôle des cellules musculaires lisses RAGE dans la modulation de l'expansion néointimale lors d'une lésion artérielle aiguë. Des études antérieures ont montré que la suppression du domaine cytosolique de RAGE conférait un effet dominant négatif (DN) lorsque des cellules vasculaires ou mononucléaires de type phagocyte portant RAGE de type sauvage étaient transfectées avec des constructions codant pour DN RAGE, un effet DN s'ensuivit lors de l'incubation avec RAGE. des ligands tels que S100B ou CML-AGE. 3,9 Étant donné que les cellules musculaires lisses étaient les principales cellules exprimant RAGE dans la néo-intima en expansion, 51 ces concepts ont été testés chez des souris transgéniques exprimant DN RAGE spécifiquement dans des cellules musculaires lisses entraînées par le promoteur SM22α. Par rapport aux congénères de type sauvage, les souris transgéniques SM22 DN RAGE soumises à une lésion artérielle ont affiché une diminution significative du rapport I/M au jour 28 (figure 4d). Ainsi, ces expériences ont fourni un soutien supplémentaire pour les rôles de RAGE dans l'expansion néointimale. En plus du blocage pharmacologique de RAGE, les souris RAGE génétiquement modifiées (suppression ou interruption de la transduction du signal des cellules musculaires lisses) ont présenté une diminution de l'expansion néointimale déclenchée par une blessure.

Cependant, une limitation de l'induction de lésions artérielles chez les souris C57BL/6 est qu'il existe peu de preuves d'un afflux de cellules inflammatoires dans la paroi vasculaire blessée chez les animaux de type sauvage. Pour aborder ce concept, une lésion de l'artère fémorale a été induite chez des souris apo E−/− en partant du principe que la perturbation vasculaire basale secondaire à l'hyperlipidémie augmenterait la réponse à la lésion artérielle, y compris la migration des cellules inflammatoires. Nous avons constaté que les rapports I/M étaient plus élevés, reflétant une expansion néointimale accrue dans les vaisseaux des souris apo E-/- 28 jours après la blessure par rapport aux souris C57BL/6 (rapport I/M ≈ 2 fois plus élevé). 51 Chez les souris euglycémiques apo E-/-, l'administration de sRAGE a diminué le rapport I/M au jour 28. En parallèle, le nombre de phagocytes mononucléaires infiltrant l'artère lésée a également été réduit. 51 Ainsi, les souris apo E−/− peuvent fournir un système supérieur pour tester le rôle des cellules musculaires lisses et des phagocytes mononucléaires RAGE dans la réponse à une lésion artérielle aiguë.

De plus, ces études ont mis en évidence le rôle de la signalisation Jak/Stat dépendante de RAGE dans les cellules musculaires lisses. Dans les vaisseaux fémoraux après une blessure, bien qu'une augmentation de la phosphorylation de ERK 1/2, de la protéine kinase B (akt) et de Jak2/Stat3 ait été observée par rapport à un traitement fictif, sRAGE semblait n'exercer ses effets que sur la signalisation Jak2/Stat3. 51

Diabète et resténose : autres modèles et interventions distinctes

Des modèles de lésions artérielles chez les rongeurs diabétiques ont également été testés pour déterminer l'impact d'interventions distinctes sur l'expansion néointimale. Phillips et al ont utilisé des souris apo E−/− nourries avec un régime occidental pour montrer que ces souris développent un diabète résistant à l'insuline. L'administration de rosiglitazone a empêché le développement d'hyperglycémie et d'hyperinsulinémie. 52 En parallèle, l'expansion néointimale a été réduite de 65 % après une lésion artérielle chez des souris apo E−/− activées par les proliférateurs de peroxysomes (rosiglitazone) par rapport à des souris apo E−/− nourries avec un véhicule. L'infiltration de macrophages dans la néo-intima en expansion a également été réduite par cette intervention. 52 À noter que ces études sont en contradiction avec celles de Levi et al 39 en ce qui concerne l'effet de la rosiglitazone sur l'hyperglycémie. Plus précisément, dans les études de Levi, des souris apo E−/− ont été rendues franchement diabétiques par une carence relative en insuline à l'aide de streptozotocine 39 dans les études Phillips, l'hyperglycémie a été induite par un régime occidental, provoquant ainsi une résistance à l'insuline. 54

Dans d'autres études, Min et al ont administré de la troglitazone à des rats gras Otsuka Long-Evans Tokushima et ont constaté que la prolifération des cellules musculaires lisses était nettement réduite, parallèlement à une diminution de l'expansion néo-intimale après une lésion du ballon carotidien. 53 Le rôle des glycotoxines alimentaires (AGE) sur l'expansion néointimale a été directement testé chez des souris apo E−/− par Lin et al. Les souris ont été randomisées pour recevoir un régime alimentaire à AGE élevé ou faible (ce dernier ayant une teneur en AGE 10 fois inférieure) et soumises à une lésion de l'artère fémorale. Parallèlement à la diminution de l'expansion néointimale chez les souris nourries avec un régime pauvre en AGE, la teneur en AGE a été réduite dans la paroi vasculaire lésée. 54

La nature complexe des modèles murins/rongeurs dans la dissection de la réponse biologique à une lésion artérielle superposée à une hyperglycémie chronique a été soulignée par les études de Stephenson et al. 55 Ces chercheurs ont signalé que les souris db/db présentaient une expansion néointimale nettement réduite à la suite d'une lésion du fil endoluminal de l'artère fémorale par rapport aux témoins de type sauvage. 55 Quatre heures après une lésion artérielle aiguë, la mort du muscle lisse médial était réduite chez les souris db/db par rapport aux souris de type sauvage. Cependant, la prolifération des cellules musculaires lisses ne semble pas différer entre les souris db/db et les souris de type sauvage. 55 Ces résultats suggèrent des rôles importants pour la leptine dans la modulation des propriétés des cellules musculaires lisses stimulées. Oda et al ont rapporté que la leptine stimulait la phosphorylation et l'activation de l'activité de la MAP kinase et de la phosphatidylinositol 3-kinase dans les cellules musculaires lisses en culture, ce qui avait pour conséquence une augmentation de la prolifération et de la migration des cellules musculaires lisses. 56 Prises ensemble, ces considérations soulignent la complexité de ces systèmes modèles et suggèrent que les tests précliniques de nouvelles cibles thérapeutiques dans la resténose nécessitent finalement l'utilisation d'espèces telles que les porcs, les lapins ou les primates non humains avant de tester sur des sujets humains. 57,58

Conclusion

Le but ultime de nos études est de déterminer le rôle potentiel du blocage de RAGE comme stratégie thérapeutique dans les complications macrovasculaires du diabète. Ainsi, le développement de modèles clés pour tester le rôle du récepteur d'une manière spécifique au temps et à la cellule a fourni un modèle pour une dissection en profondeur du rôle de RAGE dans la pathologie vasculaire. La découverte que le blocage de RAGE offre un avantage chez les souris souffrant à la fois de diabète insulino-déficient et résistant à l'insuline soutient en outre le rôle de ce récepteur dans les états hyperglycémiques. Ces considérations soulignent le concept selon lequel les produits des effets en aval d'un stress élevé en glucose et oxydant génèrent des espèces qui sont des ligands de transduction du signal du récepteur.

Il est important de souligner que les mécanismes RAGE-dépendants de la stimulation vasculaire ne se limitent pas au diabète. Comme le système vasculaire dans les plaques d'athérosclérose euglycémique est également sensible au stress oxydant, à l'inflammation et, par conséquent, à la génération d'AGE, bien qu'à des degrés moindres, il était logique de tester l'impact du blocage de RAGE.Ainsi, il n'était pas surprenant que l'administration de sRAGE à des souris euglycémiques apo E-/- âgées de 14 à 20 semaines ait atténué la surface et la complexité des lésions athéroscléreuses, sans impact sur les taux de lipides. 34

En conclusion, ces résultats soulignent l'utilité des modèles de rongeurs, et en particulier de souris, dans la dissection des mécanismes liant le RAGE à l'athérosclérose et à la resténose accélérées, en particulier dans le diabète. Propulsés par des données convaincantes dans des modèles animaux, nous proposons que le test du blocage de RAGE dans une approche multi-ciblée dans le diabète peut conduire à une réduction réussie des complications macrovasculaires du diabète de types 1 et 2. Des essais cliniques pour résoudre ces problèmes chez des sujets humains sont à l'horizon.


REGULATION DE RAGE PAR MODULATION DE PREMONTAGE

Comme indiqué ci-dessus, le préassemblage de RAGE est requis pour l'activation et la signalisation en aval. La formation de multimères est favorisée par des concentrations superficielles élevées de RAGE à la surface cellulaire. Les données disponibles ont permis de développer un modèle d'initiation de la cascade de signaux par interaction RAGE/ligand. Cependant, il n'y a que de rares données sur le mécanisme d'arrêt du signal. Il existe des preuves que plusieurs mécanismes contrôlent la concentration de surface du RAGE compétent en signal, et quelques mécanismes potentiels sont décrits ci-dessous.

L'internalisation du récepteur après activation est un mécanisme bien connu pour arrêter la signalisation d'un complexe récepteur/ligand actif. L'internalisation des protéines S100, se liant à RAGE dans des structures granulaires, a déjà été observée par Hsieh et al. [156]. L'immunofluorescence et la coloration histochimique de différents types cellulaires ont révélé le RAGE dans la membrane cytoplasmique et intracellulaire, dans des structures vésiculaires ou granulaires [56, 157-162]. Plus tard, il a été montré que le complexe RAGE/S100B est internalisé via des radeaux lipidiques [163, 164]. De même, le complexe RAGE/AGE a été internalisé et surveillé dans les structures vésiculaires [165] (Fig. 3, plus bas).

D'autre part, la concentration superficielle d'un récepteur peut être augmentée immédiatement par fusion de vésicules contenant le récepteur avec la membrane cytoplasmique. L'endocytose et le recyclage des récepteurs sont décrits pour une pléthore de récepteurs et constituent un processus étroitement régulé. Une dérégulation du trafic des récepteurs peut entraîner des troubles graves, notamment le cancer [166-168]. Les preuves de l'exposition à médiation vésiculaire de RAGE sur la surface endothéliale proviennent d'études de Frommhold et al. [63, 64]. Les auteurs ont observé que lors d'un stimulus pro-inflammatoire, RAGE est présenté en quelques minutes sur l'endothélium, agissant comme un contre-récepteur pour les leucocytes qui déclenchent l'adhésion et la transmigration. L'apparition quasi immédiate de RAGE à la surface indique qu'aucune synthèse de novo de RAGE ne s'est produite mais plutôt que RAGE a été mobilisé à partir de réserves internes. Un tel transport de RAGE vers la surface est en accord avec l'observation de structures vésiculaires intracellulaires hébergeant RAGE. De telles vésicules pourraient être dirigées vers la membrane cytoplasmique et y fusionner, entraînant une augmentation rapide de la concentration de surface de RAGE.

Une autre option pour moduler la signalisation RAGE est la production et la sécrétion d'espèces RAGE solubles (esRAGE, sRAGE) par épissage alternatif ou délestage du récepteur. Comme le récepteur complet, le RAGE soluble peut se lier aux ligands RAGE et bloquer efficacement la signalisation RAGE. Dans la plupart des études, on suppose que le RAGE soluble agit comme un récepteur leurre, en compétition avec le RAGE complet pour les ligands. Les niveaux d'espèces de RAGE soluble doivent être étroitement contrôlés, car les changements dans le niveau de RAGE soluble sont associés au diabète, aux troubles cardiovasculaires et à certains types de cancer [148, 169, 170].

Cependant, les niveaux de RAGE soluble restent plutôt faibles par rapport au RAGE complet [145], ce qui soulève la question de savoir comment les faibles quantités de RAGE soluble extracellulaire pourraient concurrencer efficacement le RAGE complet. Nous proposons que le RAGE soluble n'agit pas comme un simple compétiteur mais atténue l'activation du RAGE complet en perturbant le préassemblage du récepteur à la surface cellulaire. Il a été démontré que les interactions RAGE-RAGE se produisent via les domaines V et C1, permettant à sRAGE d'interagir avec le RAGE de pleine longueur lié à la membrane. Les hétéromultimères résultants ne seraient pas compétents en signalisation, car sRAGE est dépourvu du domaine cytoplasmique. Ce modèle est corroboré par des études utilisant un mutant de délétion de RAGE qui contient l'hélice transmembranaire mais manque du domaine cytoplasmique. Il a été démontré que ce variant RAGE exerce un effet dominant négatif sur la signalisation RAGE. La coexpression de ce mutant de délétion cytoplasmique avec le RAGE complet pourrait abroger la signalisation du RAGE, bien que des molécules réceptrices intactes soient présentes. Ce phénotype dominant négatif s'explique facilement par la formation d'hétérodimères non fonctionnels entre la forme tronquée et la forme pleine longueur de RAGE. Il est raisonnable de supposer que le RAGE soluble, dépourvu de membrane et de domaine cytoplasmique, forme des hétéromultimères similaires incompétents pour la signalisation avec le RAGE complet (Fig. 3, en bas).

Deux autres variantes d'épissage alternatif exprimées à des niveaux observables présentent des délétions ou des insertions dans le domaine extracellulaire de liaison au ligand et ne sont donc pas capables de se lier aux ligands RAGE [148]. Comme les interactions homophiles de RAGE sont médiées ainsi que via le domaine Cl, il est très probable que ces variants soient toujours capables de former des hétérodimères avec un RAGE complet. De manière correspondante, ces multimères de récepteurs peuvent ne pas être activés, car les ligands ne se lient qu'à une fraction des molécules liées à la membrane et ne parviennent pas à stabiliser un complexe signal-compétent.


Discussion

Trois résultats majeurs ont été obtenus dans la présente étude. Premièrement, RAGE, S100A8 et S100A9 ont été surexprimés dans IPAH et HPAH-PASMC en l'absence de tout stimulus de croissance externe. Deuxièmement, PDGF-BB a régulé à la hausse l'expression de RAGE dans IPAH et HPAH-PASMC. Troisièmement, AS-1, un inhibiteur de la signalisation RAGE, a inhibé de manière significative la prolifération dans des conditions d'absence de stimulation de croissance et de prolifération stimulée par PDGF d'IPAH et de HPAH-PASMC. Le RAGE joue un rôle important dans l'augmentation inappropriée des PAH-PASMC, et son inhibition pourrait être une nouvelle stratégie thérapeutique pour l'HTAP.

Plusieurs chercheurs ont rapporté que les niveaux d'expression de RAGE étaient augmentés dans le sérum ou le plasma, les petites artères pulmonaires et les PASMC de patients atteints d'HTAP [9, 19, 20]. Ici, nous avons montré que RAGE était surexprimé dans les PASMC non seulement des patients atteints d'IPAH, mais également des patients atteints d'HPAH, y compris les patients atteints BMPR2 mutation et SMAD9 mutation. Par conséquent, le RAGE est un facteur aggravant courant de l'HTAP. Quant aux ligands de RAGE, Greenway et al. ont rapporté que S100A4/Mts1 était exprimé dans les cellules musculaires lisses des lésions montrant une formation néointimale et avec une intensité accrue dans les vaisseaux avec une néointima occlusive et des lésions plexiformes de patients atteints d'hypertension pulmonaire secondaire à une cardiopathie congénitale [21]. Meloche et al. ont rapporté que l'activation de RAGE par S100A4 diminuait l'expression de BMPR2 dans les PASMC humaines [9]. Nous avons montré que S100A8 et A9 étaient également surexprimés dans les IPAH et HPAH-PASMC. Nous avons précédemment rapporté que S100A8/A9 induisait la phosphorylation de RAGE et conduisait à l'activation de divers effecteurs de signaux tels que Rac1, Akt, p38, JNK, IKK et NFkB dans les cellules HEK293 et ​​293-hMD2-CD14 [6]. D'autres études sont nécessaires pour clarifier le rôle précis de S100A8 et A9 dans la pathogenèse de l'HTAP.

Nous avons précédemment rapporté que la stimulation par PDGF-BB provoquait un taux de croissance plus élevé des PASMC en culture de patients atteints d'IPAH que celui des cellules témoins [3, 10]. Ici, nous avons montré que PDGF-BB a également régulé à la hausse l'expression de RAGE dans IPAH et HPAH-PASMC.

Nous avons récemment rapporté que la protéine adaptatrice contenant le domaine du récepteur Toll/IL-1 (TIR) ​​(TIRAP) transduit la signalisation RAGE et que l'interaction fonctionnelle entre RAGE et les TLR régule de manière coordonnée l'inflammation, la réponse immunitaire et d'autres fonctions cellulaires [6]. Un mimétique synthétique TIR/BB-Loop de faible poids moléculaire, AS-1, inhibe la signalisation médiée par le domaine TIR [22]. AS-1 inhibe finalement la signalisation RAGE. AS-1, un inhibiteur de la signalisation RAGE, a inhibé de manière significative la prolifération dans des conditions d'absence de stimulation de croissance et de prolifération stimulée par PDGF d'IPAH et de HPAH-PASMC.

Cette étude a été réalisée sur une petite population de patients. Par conséquent, nous n'avons pas pu effectuer d'analyse quantitative de la coloration. Il s'agit d'une limite de l'étude. Une étude plus approfondie est nécessaire.

En conclusion, RAGE joue un rôle crucial dans l'augmentation inappropriée des PAH-PASMC. L'inhibition de la signalisation RAGE pourrait être une nouvelle stratégie thérapeutique pour l'HTAP.