Note publique d'information : La fibrose et l'apoptose sont deux processus majeurs impliqués dans la progression
des maladies cardiovasculaires. Le remodelage maladapté, ou fibrose, dépend de la
balance entre les métalloprotéinases matricielles (MMPs) et leurs inhibiteurs. Lorsque
cette balance est déréglée, la composition de la matrice extracellulaire (ECM) est
altérée, le collagène s’accumule et contribue à la progression de la maladie vers
l'insuffisance cardiaque. En parallèle, la dysfonction cardiaque, et en particulier
les périodes d’ischémie, participent à la perte de tissu myocardique. En effet, une
grande partie de la mort cellulaire observée lors de ces phénomènes est apoptotique.
La perte de tissu myocardique amplifie la dysfonction cardiaque et contribue à la
progression vers l'insuffisance cardiaque. Malgré la nécessité de pouvoir localiser
et quantifier ces phénomènes au cours de maladies cardiovasculaires, seuls peu de
marqueurs biologiques spécifiques de la fibrose ou de l'apoptose existent. De plus,
aucun d’entre eux ne permet d’évaluer ces mécanismes, en temps réel, in vivo. C'est
dans ce contexte que la société Quidd a proposé à l’unité Inserm U644 de participer
au développement de marqueurs moléculaires optiques spécifiques de la fibrose (sonde
FR91) ou de l’apoptose (sondes QCASP), dont le but est de cibler précisément chacun
de ces phénomènes dans le coeur in vivo. Pour cela, ces molécules ont la particularité
de ne devenir fluorescentes qu'après avoir rencontré, et avoir été modifiées par leur
cible enzymatique. Pour cela nous avons choisi de cibler les MMPs dans le cadre de
la détection de la fibrose, alors que pour visualiser l'apoptose nous avons préféré
la caspase-3. Le but de cette étude repose sur la caractérisation et la validation
de ces différentes sondes in vitro et in vivo, à l'aide de modèles cellulaires et
animaux adaptés. Dans ce contexte, les modèles ont été précisément caractérisés afin
de démontrer la présence accrue de l'activité de l'enzyme cible pour chacun d’entre
eux. Le clivage de chacune des sondes a ensuite été évalué dans les modèles choisis,
grâce à l'utilisation d'outils de fluorescence tels que le lecteur de micro-plaques
ou le microscope. De plus, une comparaison complète de deux générations de sonde caspase
(QCASP) a été réalisée au cours de ce travail. Nous avons pu mettre en évidence la
spécificité de l’ensemble des sondes testées. FR91 est parfaitement adaptée à la détection
des MMPs, comme le sont les sondes QCASP pour la détection de la caspase-3. Cependant,
ce travail a permis de révéler les limites de ces molécules. En effet, les sondes
développées durant cette collaboration nécessitent d'être améliorées avant de pouvoir
être utilisées in vivo. Toutefois, la détection, in vivo, des processus fibrotiques
et apoptotiques devrait être possible dans un futur proche.
Note publique d'information : Fibrosis and apoptosis are major mechanisms which play a central role in the aggravation
of cardiovascular diseases. Maladaptive cardiac remodelling processes, or fibrosis,
depends on the balance between matrix metalloproteinases (MMPs) and their inhibitors,
which alters the composition of extracellular matrix (ECM). ECM deregulation leads
to collagen accumulation and contributes to heart failure. In parallel, cardiac dysfunction,
particularly cardiac ischemia, is responsible for cardiomyocytes loss. A large part
of cardiac cell death is due to apoptosis. The loss of cardiac tissue amplifies the
alteration of cardiac function and accounts for the evolution of the cardiac disease
to heart failure. Despite the necessity to localize and quantify both mechanisms during
cardiovascular diseases, only few biological markers of tissue fibrosis and apoptosis
exist. Moreover, none of them can evaluate these processes in real time and in vivo.
In this context, Quidd a company specialised in the optical imaging research field
and the Inserm Unit U644, specialits of the cardiovascular diseases physiopathologies,
decided to collaborate to develop optical molecular probes aimed at the targeting
of cardiac fibrosis (FR91 probe) or apoptosis (QCASP probes), with the property of
becoming fluorescent only after cleavage by their enzymatic target. MMPs have been
chosen to detect abnornal extracellular matrix turnover, whereas caspase-3 has been
chosen to reveal apoptosis cell death. The present study was designed to validate
both probes in suitable cellular and animal models. For this purpose, in vitro and
ex vivo models were characterized to demonstrate the presence of the targeted enzyme.
Then, fluorescence tools, such as plate reader and microscope were used to prove the
selective activation of the different probes. Furthermore, a comparison of two generations
of caspase-3 specific probes has been performed. This study demonstrates that FR91
and all three QCASP probes are specific probes for the detection of increased MMPs
or caspase-3 activity. Even though these molecules have to be upgraded, they may be
a unique tool to selectively detect cardiac fibrosis or apoptosis. Moreover, in a
close future, these probes or their evolution will allow precise follow-up of molecular
processes in vivo.
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