La sous-unité β5 de l’intégrine régule l’apoptose des cellules endothéliales vasculaires induite par l’hyperglycémie via la macroautophagie médiée par FoxO1
Introduction
Le diabète sucré (DM) est un trouble métabolique caractérisé par une résistance à l’insuline et une hyperglycémie, conduisant à des complications microvasculaires telles que la rétinopathie, la néphropathie et la cardiomyopathie. L’apoptose des cellules endothéliales et l’accumulation de matrice extracellulaire (MEC) dans la membrane basale (BM) sont des contributeurs majeurs à la dysfonction microvasculaire dans le DM. La MEC, composée de protéines comme la fibronectine, interagit avec les intégrines – des récepteurs transmembranaires formés de sous-unités α et β – pour réguler la survie cellulaire, la différenciation et le métabolisme. Dans les conditions diabétiques, la fibronectine et les intégrines sont surexprimées dans la vasculature, mais leurs rôles dans l’apoptose endothéliale induite par l’hyperglycémie restent mal définis. Cette étude explore le rôle de l’intégrine β5 (ITGB5) et de son ligand la fibronectine dans l’apoptose et l’autophagie endothéliales sous conditions hyperglycémiques.
Modèles et méthodes expérimentales
Modèles in vivo : Des souris db/db (déficientes pour le récepteur de la leptine), un modèle spontané de diabète, et des souris non diabétiques db/m ont été utilisées. La suppression spécifique de l’ITGB5 dans les cellules endothéliales a été réalisée par injection intraveineuse d’un virus adéno-associé (AAV) portant un ARN court en épingle à cheveu (shRNA) sous le promoteur TIE2. Après 4 semaines, les cellules endothéliales myocardiques ont été isolées par billes magnétiques CD31 pour analyse protéique.
Modèles in vitro : Des cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC) ont été cultivées en milieu normoglycémique (5 mmol/L) ou hyperglycémique (33 mmol/L). Une transfection par siRNA a ciblé ITGB5, ITGAV (intégrine αv) ou la fibronectine. L’apoptose a été évaluée par test TUNEL, tandis que le flux autophagique a été suivi à l’aide d’un lentivirus GFP-mRFP-LC3.
Analyses protéiques et ARN : L’immunotransfert a mesuré la caspase-3 clivée, Bax, Bcl-2, LC3, Bécline1, Atg7 et FoxO1. La translocation nucléaire de FoxO1 a été analysée par immunofluorescence. Un séquençage d’ARN (RNA-seq) et une analyse des voies KEGG ont identifié les cibles en aval d’ITGB5.
Résultats clés
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L’hyperglycémie surexprime la fibronectine et ITGB5 dans les cellules endothéliales
- In vivo : Les souris db/db ont montré une augmentation de la fibronectine, ITGAV et ITGB5 dans les cellules endothéliales myocardiques par rapport aux contrôles db/m. La suppression d’ITGB5 a réduit les marqueurs d’autophagie (LC3-II, Bécline1) et d’apoptose.
- In vitro : Le glucose élevé a induit une augmentation de l’ARNm et de la protéine de fibronectine en 6 heures, tandis qu’ITGB5 a augmenté après 24 heures. La colocalisation de la fibronectine avec αvβ5 a été confirmée (R de Pearson = 0,72).
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ITGB5 médie l’apoptose induite par l’hyperglycémie
- Le silencing d’ITGB5 (mais pas d’ITGAV) a réduit la caspase-3 clivée (45 %, P <0,01) et le ratio Bax/Bcl-2 (50 %, P <0,001) sous glucose élevé. Le test TUNEL a confirmé une baisse de l'apoptose (30 %, P <0,01).
- La fibronectine exogène (5 µg/mL) a mimiqué l’apoptose induite par l’hyperglycémie, effet atténué par le siRNA anti-ITGB5.
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ITGB5 active l’autophagie dépendante de FoxO1
- Le RNA-seq a identifié la voie AGE-RAGE et FoxO1 comme cibles principales. L’hyperglycémie a augmenté la translocation nucléaire de FoxO1 (2,5 fois, P <0,001), supprimée par la suppression d'ITGB5.
- La surexpression de FoxO1 a annulé les effets protecteurs du siRNA anti-ITGB5, restaurant les niveaux de caspase-3 clivée et le flux autophagique (dégradation de LC3-II).
- La chloroquine (50 µmol/L), inhibiteur d’autophagie, a réduit l’accumulation de LC3-II (40 %, P <0,01) et l'apoptose dans les cellules déficientes en ITGB5.
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L’autophagie excessive promeut l’apoptose endothéliale
- L’hyperglycémie a augmenté Bécline1 (1,8 fois, P <0,01) et LC3-II (2,2 fois, P <0,001), indiquant une autophagie exacerbée. Le siRNA anti-Bécline1 a réduit l'apoptose de 35 % (P <0,01).
- Le knockdown de FoxO1 a normalisé Bécline1 et LC3-II, confirmant son rôle régulateur.
Discussion
Cette étude établit ITGB5 comme un médiateur clé de l’apoptose endothéliale liée à l’hyperglycémie. Les mécanismes incluent :
- Interaction Fibronectine-ITGB5 : Cette voie pro-apoptotique est activée par la surexpression de ses composants sous hyperglycémie.
- Activation de FoxO1 : ITGB5 favorise la translocation nucléaire de FoxO1, stimulant la transcription des gènes autophagiques (Bécline1, LC3).
- Dérèglement autophagique : L’autophagie excessive entraîne une activation de la caspase-3 et une mort cellulaire.
Notamment, la suppression endothéliale d’ITGB5 chez les souris db/db a amélioré la densité capillaire (25 %, P <0,01) et réduit les cellules TUNEL-positives (40 %, P <0,001), soulignant son potentiel thérapeutique.
Implications cliniques
Cibler ITGB5 ou FoxO1 pourrait atténuer les complications microvasculaires diabétiques. Des études futures devront explorer les inhibiteurs d’ITGB5 ou modulateurs de FoxO1 dans des modèles précliniques.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002769