Study of Immune and Inflammatory Signaling in a Mouse Model of Septic Heart Disease and in a Cellular Model of Cancer Immunotherapy Cardiotoxicity
Étude de la signalisation immunitaire et inflammatoire dans un modèle murin de cardiopathie septique et dans un modèle cellulaire de cardiotoxicité à l'immunothérapie anticancéreuse
Résumé
Cardiovascular disease remains one of the leading causes of death worldwide despite
continual progress in the development of new therapeutic strategies. The pathophysiological
mechanisms associated with heart failure remain poorly understood, particularly the impact of
the immune system (IS) and inflammation in the development or aggravation of myocardial
dysfunction. The role of the IS and inflammation is complex, with common and/or specific
regulations depending on the cardiac pathology involved.
The objective of my thesis work was to study the regulation of signaling pathways
related to IS and inflammation and to evaluate their impact in two cardiomyopathies, the septic
cardiopathy and the immuno-induced cardiotoxicity.
The first part of my work was carried out in a caecal ligation and puncture (CLP) rat
model of sepsis. During sepsis, cardiac dysfunction is associated with a systemic and
inappropriate immune response against infection, as well as with increased sympathetic nervous
activity. Blockade of the β1-adrenergic receptor (β1-AR) is a new therapeutic approach that is
promising in the treatment of myocardial dysfunction during sepsis. My objective was to
investigate the influence of female sex hormones, on the regulation by the β1-adrenergic
pathway of cardiac dysfunction during sepsis. Our work showed that landiolol, a selective β1-
blocker, ameliorates myocardial dysfunction in septic males by negatively regulating the
inflammatory response and apoptosis pathways, by positively regulating the β1-adrenergic
pathway, and by increasing calcium influx gene expression. In contrast, landiolol induced
deleterious effects in females by inhibiting the β1-adrenergic pathway and decreasing calcium
efflux gene expression. The protection of myocardial dysfunction in females during sepsis is
probably related to female sex hormones, which interact with β-ARs by regulating the
adrenergic pathway and inflammation, particularly the JAK/STAT pathway.
The second part of my work focused on cardiotoxicities induced by anti-cancer
immunotherapy. There was no efficient cellular model to study the mechanisms related to this
cardiotoxicity and my thesis work consisted in developing a model of human induced
pluripotent cells (hiPSC) derived from cells of patients with melanoma and treated by anti-PD-
1/anti-CTLA-4 immunotherapy. I compared the results obtained in two different groups of
cells, those from patients with myocarditis (Myoc), and those from patients without myocarditis
(nonMyoc) following immunotherapy. I studied the IFN-γ response of hiPSC differentiated into
cardiomyocytes (hiPSC-CM) and endothelial cells (hiPSC-CE) to understand the role played6
by each of these cardiac cells during the infiltration of cardiac tissue by immune cells. IFN-γ
induced a response involving the JAK/STAT pathway and the inflammasome, particularly the
NLRP3 inflammasome, that was more pronounced in hiPSC-CE than in hiPSC-CM. Cells from
Myoc patients appeared more impaired than those from non-Myoc patients. These results,
although still very preliminary, would indicate that our hiPSC model conserved mechanisms
otherwise observed in patient myocardium. They would also show specific processes of cells
differentiated into either cardiomyocytes or endothelial cells during the response to IFN-γ.
In conclusion, the immune system plays an important but complex role in the
development and regulation of cardiac dysfunction in many cardiovascular diseases, and our
work has contributed to a better understanding of the role of IS and inflammation in two of
these diseases. Identifying the signaling pathways, better understanding their role, and
searching for new therapeutic targets still requires much investigation but is a major strategy to
consider for the treatment of cardiomyopathies
Les maladies cardiovasculaires restent une des principales causes de mortalité dans le
monde malgré des progrès constants dans le développement de nouvelles stratégies
thérapeutiques. Les mécanismes physiopathologiques associés à l'insuffisance cardiaque
demeurent mal compris, particulièrement l'impact du système immunitaire (SI) et de
l'inflammation dans l'apparition ou l'aggravation des dysfonctions myocardiques. Le rôle du SI
et de l'inflammation est complexe, avec des régulations communes et/ou spécifiques selon la
pathologie cardiaque concernée.
L'objectif de mes travaux de thèse était d'étudier les régulations des voies de
signalisation liées au SI et à l'inflammation et d'évaluer leur impact dans deux
cardiomyopathies, la cardiopathie septique et la cardiotoxicité immuno-induite.
La première partie de mes travaux a été réalisée dans un modèle de rat septique par
ligature et ponction caecale (CLP). Au cours du sepsis, la dysfonction cardiaque est associée à
une réponse immunitaire systémique et inappropriée contre l’infection, ainsi qu'à une
augmentation de l'activité nerveuse sympathique. Le blocage du récepteur β1-adrénergique (β1-
AR) est une nouvelle approche thérapeutique prometteuse dans le traitement de la dysfonction
myocardique lors du sepsis. Mon objectif était d'étudier, au cours du sepsis, l'influence des
hormones sexuelles femelles, sur la régulation par la voie β1-adrénergique de la dysfonction
cardiaque. Nos travaux ont montré que le landiolol, β1-bloquant sélectif, améliore la
dysfonction myocardique chez les mâles septiques en régulant négativement les voies de la
réponse inflammatoire et de l’apoptose, en régulant positivement la voie β1-adrénergique, et en
augmentant l'expression des gènes de l’influx calcique. En revanche, le landiolol a induit des
effets délétères chez les femelles en inhibant la voie β1-adrénergique et en diminuant
l’expression des gènes de l'efflux calcique. La protection de la dysfonction myocardique chez
les femelles lors du sepsis est probablement liée aux hormones sexuelles femelles, qui
interagissent avec les β-AR en régulant la voie adrénergique et l’inflammation, en particulier la
voie JAK/STAT.
La seconde partie de mes travaux portait sur les cardiotoxicités induites par
l’immunothérapie anti-cancéreuse. Il n’existait pas de modèle cellulaire performant permettant
d’étudier les mécanismes liés à cette cardiotoxicité et mon travail de thèse a consisté à
développer un modèle de cellules pluripotentes humaines induites (hiPSC) dérivées des cellules
des patients porteurs de mélanome et traité par immunothérapie anti-PD-1/anti-CTLA-4. J’ai4
comparé les résultats obtenus dans deux groupes différents de cellules, celles provenant de
patients ayant présenté une myocardite (Myoc), et celles de patients n'ayant pas présenté de
myocardite (nonMyoc) suite à l'immunothérapie. J'ai étudié la réponse à l'IFN-γ des hiPSC
différenciées en cardiomyocytes (hiPSC-CM) et en cellules endothéliales (hiPSC-CE) afin de
comprendre le rôle joué par chacune de ces cellules cardiaques lors de l'infiltration de tissu
cardiaque par les cellules immunitaires. L'IFN-γ induisait une réponse mettant en jeu la voie
JAK/STAT et l'inflammasome, en particulier celui de type NLRP3, plus prononcée dans les
hiPSC-CE que dans les hiPSC-CM. Les cellules provenant des patients Myoc semblaient
montrer plus de perturbations que celles des patients nonMyoc. Ces résultats, bien qu'encore
très préliminaires, indiqueraient que notre modèle d'hiPSC a conservé des mécanismes observés
par ailleurs dans le myocarde des patients. Ils montreraient également des processus spécifiques
des cellules différenciées soit en cardiomyocytes, soit en cellules endothéliales lors de la
réponse à l'IFN-γ.
En conclusion, le système immunitaire joue un rôle important mais complexe dans le
développement et la régulation des dysfonctions cardiaques de nombreuses pathologies
cardiovasculaires et nos travaux ont contribué à une meilleure connaissance du rôle du SI et de
l'inflammation dans deux de ces pathologies. Identifier les voies de signalisation, mieux
comprendre leur rôle, et rechercher des cibles à visée thérapeutique est un long chemin encore
à parcourir mais qui s'avère être une voie stratégique majeure, à prendre en considération à
l'avenir dans le traitement des cardiomyopathies.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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