Décryptage des modifications précoces du phosphoprotéome en réponse à BMP9 et BMP10 dans les cellules endothéliales - Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Deciphering Early Phosphoproteome Changes in Response to BMP9 and BMP10 in Endothelial Cells

Décryptage des modifications précoces du phosphoprotéome en réponse à BMP9 et BMP10 dans les cellules endothéliales

Mohammad Al Tarrass
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1382629
  • IdRef : 275310302

Résumé

BMP9 and BMP10 are key factors in vascular homeostasis, acting via high-affinity receptors (ALK1, BMPRII, and Endoglin) on endothelial cells (ECs). Mutations in this signaling pathway are associated with two rare vascular diseases, hereditary hemorrhagic telangiectasia (HHT) and pulmonary arterial hypertension (PAH), with no currently identified cures. Molecular mechanisms driving the pathogenesis of these diseases is not yet clear. So far, only the canonical SMAD signaling pathway is well studied in response to BMPs, including BMP9 and BMP10, while the activation of alternative pathways by these ligands remains poorly understood, particularly in ECs.The aim of this work is to address early phosphoproteomic changes in ECs in response to short-term stimulation with BMP9 and BMP10. Discovering new phosphorylated targets and pathways activated by these ligands would enhance our understanding of the molecular mechanisms governing their roles in vascular homeostasis, while identifying potential therapeutic targets for vascular diseases.I performed mass spectrometry phosphoproteomic analysis of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), stimulated or not with BMP9 or BMP10 for 30 min. To identify downstream-regulated pathways, differentially regulated phosphosites were analysed using different bioinformatics tools. Treatment with BMP9 and BMP10 induced a highly similar phosphoproteomic profile, allowing the identification 289 differentially phosphorylated proteins. Among these, we identified phosphorylation of the activating residues of SMAD1, direct substrate of ALK1, thus validating our phosphoproteomic approach. Bioinformatic analyses highlighted the activation of MAPK signaling in response to BMP9 and BMP10. We identified a central role for the MAPK pathway (MEKK4/P38) leading to the phosphorylation of Eps15-S796 and HSP27-S78/82. Moreover, I showed that BMP10-induced activation of P38 plays an important role in the regulation of a subset of BMP10 target genes. BMP10-induced activation of P38 required a transcriptional step through expression of GADD45β. I also found that BMP10 regulated the phosphorylation of the endothelial transcription factor ERG. Our bioinformatic analyses also highlighted reduced CDK4/6 activity and cell cycle regulation. In line with these data, I showed that BMP10 induced a G1 cell cycle arrest in ECs, reinforcing its role as a vascular quiescence factor. Moreover, our data highlighted a crosstalk between BMP9/10 and JAK/STAT3 signaling pathways through phosphorylation of gp130, a co-receptor of IL-6 family of cytokines. I found that BMP9 and BMP10 attenuated IL-6-induced activation of JAK/STAT pathway via SMAD-induced expression of SOCS3. Preliminary data from mouse models with impaired Bmp9/10 signaling suggests a possible immunomodulatory role of this pathway.Overall, this work shows that BMP9/10 can activate both direct and indirect (transcription-dependent) pathways in ECs. The direct pathway involves rapid activation of SMADs, essential for inducing BMP target genes. Among these, I identified GADD45β, which leads to indirect P38 activation, and SOCS3, which inhibits IL-6/JAK/STAT3 signaling. Given the important role of IL-6 in inflammation, this study provides potential therapeutic approaches in the context of HHT and PAH pathogenesis, where inflammation has been associated with both diseases. While I was able to validate and decipher the mechanisms for several important hits and pathways, I could not study many other intriguing targets due to the lack of specific tools, such as particular phospho-specific antibodies. However, with the development of such tools, I hope that the vascular biology community will further benefit from this unique high-throughput phosphoproteomic study of BMP9/10-mediated signaling, which would aid in characterizing the roles of these ligands not only under physiological conditions but also in pathological vascular diseases, such as HHT and PAH.
BMP9 et BMP10 jouent un rôle central dans l'homéostasie vasculaire, en agissant sur les cellules endothéliales (CE) par l'intermédiaire de récepteurs à haute affinité (ALK1, BMPRII et Endogline). Des mutations dans cette voie de signalisation sont associées à deux maladies vasculaires rares, la télangiectasie hémorragique héréditaire (HHT) et l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), pour lesquelles il n’existe pas de traitement curatif. Les mécanismes moléculaires à l'origine de la pathogenèse de ces maladies ne sont pas clairs. Jusqu'à présent, seule la voie de signalisation canonique SMAD en réponse aux BMP, a été étudiée en détails, alors que l'activation de voies alternatives reste mal comprise, en particulier dans les CE.L'objectif de ce travail est d'étudier les modifications phosphoprotéomiques précoces dans les CE en réponse à une stimulation à court terme avec BMP9 et BMP10. La découverte de nouvelles cibles phosphorylées et de nouvelles voies activées par ces ligands améliorerait notre compréhension des mécanismes moléculaires régissant leur rôle dans l'homéostasie vasculaire, et permettrait l’identification de cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies vasculaires.J'ai effectué une analyse phosphoprotéomique par spectrométrie de masse des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC), stimulées ou non par BMP9 ou BMP10 pendant 30 minutes. Les phosphosites différentiellement régulés ont été analysés à l'aide de différents outils bioinformatiques afin d’identifier les voies de signalisation régulées. Le traitement par BMP9 ou BMP10 ont induit des profils phosphoprotéomiques très similaires, permettant l'identification de 289 protéines différentiellement phosphorylées. Parmi celles-ci, nous avons identifié la phosphorylation des résidus activateurs de SMAD1, substrat direct d'ALK1, validant ainsi notre approche phosphoprotéomique. De plus, nous avons identifié un rôle central de la voie MAPK (MEKK4/P38) conduisant à la phosphorylation de Eps15-S796 et HSP27-S78/82. J'ai aussi montré que l'activation de P38 induite par BMP10 joue un rôle important dans la régulation d'un sous-ensemble de gènes cibles de BMP10. L'activation de P38 induite par BMP10 nécessite une étape transcriptionnelle via l'expression de GADD45β. J'ai également découvert que BMP10 régulait la phosphorylation du facteur de transcription endothélial ERG. Nos analyses phosphoprotéomiques ont aussi mis en évidence une réduction de l'activité CDK4/6 et du cycle cellulaire. J'ai ensuite montré que BMP10 induit un arrêt du cycle cellulaire en G1 dans les CE, confirmant son rôle de facteur de quiescence vasculaire. De plus, nos données ont mis en évidence une interaction entre les voies de signalisation BMP9/10 et JAK/STAT3 par le biais de la phosphorylation de gp130, un corécepteur des cytokines de la famille IL-6. Des données préliminaires provenant de modèles murins dont la signalisation Bmp9/10 est altérée suggèrent un rôle immunomodulateur de cette voie.Ce travail montre que BMP9 et BMP10 peuvent activer des voies de signalisation de manière directe et indirecte (par l’intermédiaire d’une étape de transcription) dans les CE. La voie directe implique une activation rapide des SMAD, essentielle pour induire les gènes cibles de la BMP. Parmi ceux-ci, j'ai identifié GADD45β, qui conduit à l'activation indirecte de P38, et SOCS3, qui inhibe la signalisation IL-6/STAT3. Étant donné le rôle crucial d'IL-6 dans l'inflammation, et le rôle potentiel de l’inflammation dans HHT et l’HTAP, cette étude pourrait permettre le développement de nouvelles approches thérapeutiques pour ces maladies. D’autres cibles qui semblaient intéressantes n’ont pas pu être explorées, en raison du manque d'outils (phospho-anticorps). J’espère qu’avec le développement futur de tels outils, cette étude de phosphoprotéomique en réponse BMP9/10 sera utile à la communauté de la biologie vasculaire et fera avancer les connaissances sur ces maladies vasculaires
Fichier principal
Vignette du fichier
AL_TARRASS_2023_archivage.pdf (29.09 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04575227 , version 1 (14-05-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04575227 , version 1

Citer

Mohammad Al Tarrass. Décryptage des modifications précoces du phosphoprotéome en réponse à BMP9 et BMP10 dans les cellules endothéliales. Biologie cellulaire. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2023. Français. ⟨NNT : 2023GRALV065⟩. ⟨tel-04575227⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More