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Role of P2Y nucleotide receptors in cardioprotection and in the potential therapeutic use of cardiac adipose-derived stem cells and anti-inflammatory exosomes

par Diaz Villamil, Esteban
Président du jury Dewachter, Laurence
Promoteur Communi, Didier
Publication Non publié, 2024-11-06

Thèse de doctorat

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Résumé :

Ischemic heart disease is the leading cause of death worldwide. New therapeutic strategies are needed to address this public health need, including cell therapy and exosomal therapy. We investigated the role of the P2Y2 nucleotide receptor in the cardioprotective properties of cardiac adipose tissue-derived stem cells (cADSCs) and of the P2Y4 nucleotide receptor in the cardioprotective properties of exosomes in the context of a cardioprotective phenotype following murine P2Y4 receptor deficiency.We investigated the involvement of the P2Y2 receptor in the cardioprotective action of intramyocardial transplantation of cADSCs into ischemic mouse hearts, 3 days after ligation of the left anterior descending (LAD) artery. A marked reduction in fibrosis was observed 14 days after injection of cADSCs. Interestingly, P2Y2-deficient cADSCs lost their anti-fibrotic properties. Among the genes regulated in cADSCs in response to treatment with P2Y2 ligand UTP, we found several genes linked to the regulation of angiogenesis. We therefore investigated whether UTP preconditioning of cADSCs amplified their effect on cardiac revascularization in an ischemic mouse heart. Transplantation of cADSCs increased peri-infarct capillary density 14 days after injection. This beneficial effect on cardiac revascularization was enhanced by UTP pre-treatment of cADSCs prior to transplantation, and was not observed with P2Y2 KO cADSCs. Our laboratory has previously shown that P2Y4 KO mice exhibit protection against myocardial infarction, showing smaller infarcts in the LAD ligation model and overexpression of adiponectin, an anti-inflammatory and cardioprotective adipokine also known to stimulate exosome biogenesis and secretion through interaction with CDH13. We also observed PD-L1 overexpression in cardiac adipose tissue correlated with reduced inflammation and fibrosis in the hearts of ischemic P2Y4 KO mice, which were lost after injection of an anti-PD-L1 blocking antibody.We investigated the presence and studied the role of anti-inflammatory exosomes in ischemic P2Y₄ KO mice using the LAD ligation model and the exosome release inhibitor GW4869. Intraperitoneal injection of GW4869 abolished the reduction in cardiac fibrosis and inflammation observed in ischemic P2Y₄ KO hearts. Furthermore, we observed an increase in adiponectin and CDH13 expression in the cardiac adipose tissue of P2Y₄ KO mice and an increase in exosomal protein and PD-L1 levels in the plasma of ischemic P2Y₄ KO mice, also abolished after intraperitoneal injection of GW4869. Finally, we showed that ischemic P2Y4 KO mice had increased levels of PD-L1+ plasma exosomes and that plasma exosomes isolated from ischemic P2Y4 KO mice induced M2c anti-inflammatory polarization of macrophages in vitro.In a parallel study, we investigated the N178T polymorphism of the human P2RY4 gene, a loss-of-function mutation more common in healthy individuals than in patients with coronary artery disease (CAD). In these patients, the presence of the polymorphism is associated with a reduction in Gensini and Duke severity and cardiac risk scores, a reduction in plasma NT-proBNP levels and an improvement in glucose metabolism.Taken together, our results underline the importance of P2Y nucleotide receptors as regulators of cardiac inflammation after myocardial infarction and as therapeutic targets for the treatment of myocardial infarction, including stem cell and exosome-based therapies.

La cardiopathie ischémique est la première cause de décès dans le monde. De nouvelles stratégies thérapeutiques sont nécessaires pour répondre à ce besoin de santé publique, y compris la thérapie cellulaire et la thérapie exosomique. Nous avons étudié le rôle du récepteur nucléotidique P2Y2 dans les propriétés cardioprotectrices des cellules souches dérivées du tissu adipeux cardiaque (cADSCs) et du récepteur nucléotidique P2Y4 dans les propriétés cardioprotectrices des exosomes dans le cadre d’un phénotype de cardioprotection consécutive à la déficience en récepteur P2Y4 murin.Nous avons étudié l'implication du récepteur P2Y2 dans l'action cardioprotectrice de la transplantation intramyocardique de cADSCs dans des cœurs ischémiques de souris, 3 jours après la ligature de l'artère descendante antérieure gauche (LAD). Une forte réduction de la fibrose a été observée 14 jours après l'injection de cADSCs, il est intéressant de noter que les cADSCs déficientes pour P2Y2 perdent leurs propriétés anti-fibrotiques. Parmi les gènes régulés dans les cADSCs en réponse à un traitement à l’UTP, ligand de P2Y2, on a trouvé plusieurs gènes liés à la régulation de l'angiogenèse. Nous avons donc cherché à savoir si un préconditionnement par l’UTP des cADSCs amplifiait leur effet sur la revascularisation cardiaque dans un cœur ischémique de souris. La transplantation de cADSCs a permis d'augmenter la densité capillaire péri-infarctus, 14 jours après leur injection. Cet effet bénéfique sur la revascularisation cardiaque a été renforcé par un prétraitement à l’UTP des cADSCs avant leur transplantation, et n'a pas été observé avec des cADSCs P2Y2 KO.Notre laboratoire a précédemment montré que les souris P2Y4 KO présentent une protection contre l'infarctus du myocarde, présentant des infarctus plus petits dans le modèle de ligature de la LAD et une surexpression de l'adiponectine, adipokine anti-inflammatoire et cardioprotectrice aussi connue pour stimuler la biogenèse et la sécrétion des exosomes par l'interaction avec CDH13. Nous avons aussi observé une surexpression de PD-L1 dans le tissu adipeux cardiaque corrélée à une réduction de l'inflammation et de la fibrose dans les cœurs des souris P2Y4 KO ischémiques, qui étaient perdues après l'injection d'un anticorps bloquant anti-PD-L1.Nous avons investigué la présence et étudié le rôle d’exosomes anti-inflammatoires chez des souris P2Y₄ KO ischémiques en utilisant le modèle de ligature de la LAD et l'inhibiteur de libération d'exosomes GW4869. L'injection intrapéritonéale de GW4869 abolit la réduction de la fibrose et de l'inflammation cardiaques observées dans les cœurs P2Y₄ KO ischémiques. Nous avons par ailleurs observé une augmentation de l'expression de l'adiponectine et de CDH13 dans le tissu adipeux cardiaque des souris P2Y₄ KO et une augmentation du niveau des protéines exosomales et des niveaux de PD-L1 dans le plasma des souris P2Y₄ KO ischémiques, également abolie après l'injection intrapéritonéale de GW4869. Finalement, nous avons montré que les souris P2Y4 KO ischémiques présentaient un niveau accru d'exosomes plasmatiques PD-L1+ et que les exosomes plasmatiques isolés de souris P2Y4 KO ischémiques induisent in vitro la polarisation anti-inflammatoire M2c des macrophages.Dans une étude parallèle, nous avons étudié le polymorphisme N178T du gène humain P2RY4, une mutation perte de fonction plus fréquente chez des individus sains que chez des patients souffrant de maladies coronariennes (CAD). Chez ces patients, la présence du polymorphisme est associée à une réduction des scores de gravité et risque cardiaque Gensini et Duke, une réduction du taux plasmatique de NT-proBNP et une amélioration du métabolisme du glucose.L’ensemble de nos résultats soulignent l'importance des récepteurs nucléotidiques P2Y en tant que régulateurs de l'inflammation cardiaque après un infarctus du myocarde et en tant que cibles thérapeutiques pour le traitement de l'infarctus du myocarde, y compris par des thérapies basées sur les cellules souches et les exosomes.