Interactions des lipoprotéines de faible densité avec les cellules endothéliales vasculaires humaines : influence des contraintes de cisaillement : étude in vitro par microscopie de fluorescence confocale, Interaction of low density lipoproteins with human vascular endothelial cell : influence of shear stress – in vitro study by fluorescence confocal microscopy

Sous la direction de Sylvaine Muller, Dominique Dumas
Thèse soutenue le 21 mai 2008: Nancy 1
De nombreuses études sur la genèse de l’athérosclérose suggèrent l’existence de nombreuses étapes, telles que l’accumulation de lipides le long de la paroi artérielle, qui entraîne l’entrée des LDL-Cholestérol dans les cellules, suivi par une oxydation de ces lipoprotéines. Dans notre étude, nous avons développé une approche méthodologique couplant la microscopie confocale et des méthodes spectroscopiques (techniques de transfert d’énergie (FRET) et de corrélation de fluorescence (FCS)) pour étudier l’effet des contraintes de cisaillement sur la cinétique d’internalisation de LDL natives dans des cellules endothéliales vasculaires humaines. Les LDL natives ont été marquées avec deux sondes fluorescentes : le perchlorate de 1,1'-dioctadécyl-3,3,3’,3’-tétraméthylindocarbocyanine (DiO) comme donneur et le perchlorate de 3,3’-dioctadécyloxa-carbocyanine (DiI) comme récepteur. La FCS nous a permis d’évaluer le rendement du marquage des LDL par les deux fluorophores ainsi que de la dégradation des LDL, la durée de vie moyenne des molécules a été déterminée par la technique de FLIM, alors que les mesures de FRET nous ont permis de mesurer les cinétiques de dégradation des LDL internalisées dans les cellules. Nos études ont montré : 1) – que le rendement du double marquage des LDL est de l’ordre de 30% après 24 h d’incubation des LDL avec DiI et DiO, et 82,84 % des molécules de DiI portées par les LDL sont sujets au processus de FRET avec le DiO .; 2) – la durée de vie moyenne mesurée expérimentalement par la technique de FLIM, pour le DiO couplé aux LDL dans les HUVECs suite à une excitation en mode multiphoton (??ex = 800 nm) des molécules est de l’ordre de 2 100 ps ??800 par ajustement d’ordre 1, tandis celle du DiO couplé aux DiI-LDL mesurée dans les mêmes conditions est de l’ordre de 320 ps ??400. Cette diminution de la durée de vie du donneur DiO (de 2 100 ps à 320 ps) en présence de DiI reflète un transfert d’énergie dépendante de la proximité moléculaire des deux partenaires sur la molécule de LDL. 3) – la possibilité d’évaluer la cinétique d’internalisation et de dégradation des LDL dans les cellules vasculaires endothéliales, ainsi que la dépendance de la dégradation des lipoprotéines aux contraintes de cisaillement. Au regard des données de la littérature et de nos résultats, nous pouvons conclure que le couplage des études de microscopie confocale, de FRET, FCS et de FLIM permettent l’étude in situ de l’internalisation et de la dégradation des LDL et d’appliquer ces résultats aux études cliniques sur l’athérosclérose. Cependant, d’autres études seront nécessaires pour élucider les mécanismes moléculaires de la modulation de l’expression des récepteurs aux LDL par les contraintes de cisaillement.
-Contraintes de cisaillement
Numerous studies on the pathogenesis of atherosclerosis suggest that several steps are involved, such as lipid accumulation in the artery wall resulting from transendothelial uptake of LDL-Cholesterol, followed by LDL oxidation. In this work, we developed spectroscopic and microscopic methods to study the effect of shear stress on the kinetics of internalization and degradation of native LDL in human vascular endothelial cells. FRET and FCS techniques were performed by using confocal microscopy. Native LDL were labeled with two carbocyanine dyes, 1,1'-dioctadecyl-3,3,3’,3’-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (DiO) as donor and 3,3’- dioctadecyloxa-carbocyanine perchlorate (DiI) as receptor. FCS techniques allowed us to evaluate the yield of the double labeling of the LDL with DiI and DiO, where as the average lifetime of the both fluorophore was determined by FLIM techniques, and the FRET measurements enable us to follow the degradation of the LDL in the living single cells. Our studies show: 1) – that the yield of the LDL double-labeling with DiI and DiO was about 30%, and 82,84% of DiI carried by LDL are subject in FRET process with DiO. 2) – the average lifetime of DiO coupled with LDL in HUVEC was about 2 100 ps ??800 by adjustment of order 1 following the excitation of molecules in multiphoton mode (??ex = 800 nm), whereas the average lifetime of DiO coupled with DiI-LDL measured under the same conditions was about 320 ps ??400, this decreasing of the lifetime of the donor DiO (from 2 100 ps to 320 ps) in the presence of DiI reflects the energy transfer dependent on the molecular proximity of the two partners (DiO, DiI) on LDL molecules ; 3) – the possibility to evaluate the kinetics of LDL endocytosis in living single cells and the degradation of LDL was depending on the shear conditions (shear stress induced changes in the kinetics of uptake and degradation). In accordance with increasing knowledge and understanding, and regarding all available data, we conclude that confocal microscopic study, FRET, FCS and FLIM could be useful methods to establish the basic and clinical studies of LDL uptake in atherosclerosis. However, further studies need to be performed to elucidate the molecular mechanism by which shear stress modulates the expression of LDL receptors.
Source: http://www.theses.fr/2008NAN10123/document