Contributions of the in vitro and in vivo study of STOX1 protein in understanding the pathophysiological mechanisms of preeclampsia
Apports de l'étude in vitro et in vivo de la protéine STOX1 dans la compréhension des mécanismes physiopathologiques de la prééclampsie
Résumé
Preeclampsia is a disease syndrome defined in women by the apparition of a de novo hypertension (systolic blood pressure above 140 mmHg) and proteinuria (greater than 300 mg per day) during pregnancy. This is the second cause of maternal mortality in France. The pathophysiology of this syndrome, still poorly understood, seem to involve placental dysfunction and a systemic activation of the maternal endothelium. To improve the management of preeclampsia and prevent short and long term complications, the key would be to combine the development of early screening and new treatments to reverse the worsening of symptoms which seem inevitable. Our team works on STOX1 gene, expressed in placental cells. This gene would encode a transcription factor for which no responsive element on the DNA has been found so far. Variants of this gene have been identified in 2005 among patients with preeclampsia, and cellular studies have shown that this factor is associated with preeclampsia syndrome. Two study models, established and characterized in the laboratory, confirmed the involvement of this gene in the syndrome. Our cell model is a line of choriocarcinoma overexpressing STOX1. The team showed in 2008 that the transcriptome alterations by STOX1 overexpression in this cell line are correlated with those observed in placentas of preeclamptic patients. Our murine model was obtained by additive transgenesis of the human STOX1 gene. Although preeclampsia does not develop spontaneously in rodents, it was shown in 2013 that wild type female mice mated with transgenic males develop a severe preeclamptic phenotype including hypertension and proteinuria. In order to better understand the link between the overexpression of STOX1 and the onset of preeclampsia, we explored the in vitro and in vivo production of oxygen- and nitrogen-derived free radicals, which are good candidates to play a pivotal role in causing symptoms. We showed that, in vitro and in vivo, STOX1 was able to modulate oxidative stress, mitochondrial function and free radicals balance. In addition, we studied in the mouse model the effect of an overexpression of STOX1 in the placenta on the cardiovascular system. We showed that wild female mice with transgenic fetus underwent an endothelial dysfunction associated with a pathological cardiac hypertrophy. Finally, molecular in vitro and in silico ongoing studies try to explore more precisely the molecular and cellular functions of STOX1 protein to resolve its role in preeclampsia, or in other areas of cell biology. Part of this work enabled the identification of a DNA sequence that is physically recognized by STOX1 protein. The work done during this thesis will help better understand the function of a protein involved in complex diseases such as preeclampsia and Alzheimer's disease. It will also help search for new markers or new treatments for preeclampsia thanks to the mouse model.
La prééclampsie est un syndrome pathologique défini chez la femme par l’apparition de novo d’une hypertension artérielle (pression artérielle systolique supérieure à 140 mmHg) et d’une protéinurie (supérieure à 300 mg par jour) au cours de la grossesse. Il s’agit de la deuxième cause de mortalité maternelle en France. Les mécanismes physiopathologiques de ce syndrome, encore mal connus, semblent faire intervenir une dysfonction placentaire à l’origine d’une activation systémique de l’endothélium maternel. Pour améliorer la prise en charge de la prééclampsie et prévenir les complications à court et à long terme, la clé serait d’associer la mise en place d’un dépistage précoce à de nouveaux traitements capables de renverser l’aggravation des symptômes qui, semblerait-il, est inévitable. Notre équipe travaille sur le gène STOX1, exprimé dans les cellules placentaires. Ce gène coderait un facteur de transcription dont jusqu’à présent aucun élément de réponse sur l’ADN n’a été trouvé. Des variants de ce gène ont été identifiés en 2005 chez des patientes atteintes de prééclampsie, et des études cellulaires ont montré que ce facteur est associé au syndrome prééclamptique. Deux modèles d’étude établis et caractérisés au laboratoire ont confirmé l’implication de ce gène dans le syndrome. Notre modèle cellulaire est une lignée de choriocarcinomes surexprimant STOX1. L’équipe a montré en 2008 que les altérations transcriptomiques dues à la surexpression de STOX1 dans cette lignée cellulaire sont corrélées à celles observées dans les placentas de patientes prééclamptiques. Notre modèle murin a été obtenu par transgénèse additive du gène STOX1 humain. Bien que la prééclampsie ne se développe pas spontanément chez les rongeurs, il a été montré en 2013 que des souris femelles sauvages croisées avec des mâles transgéniques développent un phénotype prééclamptique sévère comprenant une hypertension et une protéinurie. Dans le but de mieux comprendre le lien entre la surexpression de STOX1 et l’apparition d’une prééclampsie, nous avons exploré la production in vitro et in vivo de radicaux libres de l’oxygène et de l’azote, molécules constituant de bons candidats pour jouer un rôle pivot dans l’origine des symptômes. Nous avons pu montrer que STOX1 était capable, in vitro et in vivo, de moduler le stress oxydatif, la fonction mitochondriale et la balance des radicaux libres dérivés de l’oxygène et de l’azote. De plus, nous avons étudié dans le modèle murin l’effet de la surexpression de STOX1 dans le placenta sur les organes du système cardiovasculaires. Nous avons pu montrer que des souris femelles sauvages portant des foetus transgéniques subissaient une dysfonction endothéliale associée à une hypertrophie cardiaque pathologique. Enfin, des études en cours de biologie moléculaire in vitro et in silico tentent d’explorer plus finement les fonctions moléculaires et cellulaires de la protéine STOX1, afin de résoudre son rôle dans la prééclampsie, ou dans d’autres domaines de biologie cellulaire. Une partie de ces travaux a notamment permis d’identifier une séquence d’ADN physiquement reconnue par la protéine STOX1. Le travail réalisé au cours de cette thèse permettra d’une part de mieux comprendre la fonction d’une protéine impliquée dans des maladies complexes comme la prééclampsie et la maladie d’Alzheimer, et d’autre part d’aborder de façon plus ciblée la recherche de nouveaux marqueurs ou de nouvelles thérapeutiques pour la prééclampsie grâce au modèle murin.
Origine : Version validée par le jury (STAR)