Inflammation-induced atherogenesis, liver alterations, and cardiovascular outcome

Cardiovascular diseases, which presently are considered inflammatory diseases, affect millions of people worldwide. Chronic infections may contribute to the systemic inflammation suggested to increase the risk for cardiovascular diseases. Such chronic infections are periodontitis and Chlamydia pneumoniae infection. They are highly prevalent as approximately 10% of adult population and 30% of people over 50 years old are affected by severe periodontitis and 70-80% of elderly people are seropositive for C. pneumoniae. Our general aim was to investigate the role of infection and inflammation in atherosclerosis both in animal and human studies. We aimed to determine how the two pathogens alter the atherosclerosis-associated parameters, and how they affect the liver inflammation and lipid composition. Furthermore, we evaluated the association between matrix metalloproteinase-8 (MMP-8), a proteinase playing a major role in inflammation, and the future cardiovascular diseases (CVD) events in a population-based cohort. For the animal experiments, we used atherosclerosis-susceptible apolipoprotein E deficient (apoE-/-) mice. They were kept in germ free conditions and fed with a normal chow diet. The bacteria were administered either intravenously (A. actinomycetemcomitans) or intranasally (C. pneumoniae). Several factors were determined from serum as well as from aortic and hepatic tissues. We also determined how cholesterol efflux, a major event in the removal of excess cholesterol from the tissues, and endothelial function were affected by these pathogens. In the human study, serum MMP-8 and its tissue inhibitor (TIMP-1) concentrations were measured and their associations during the follow-up time of 10 years with CVD events were determined. An infection with A. actinomycetemcomitans increased concentrations of inflammatory mediators, MMP production, and cholesterol deposit in macrophages, decreased lipoprotein particle size, and induced liver inflammation. C. pneumoniae infection also elicited an inflammatory response and endothelial dysfunction, as well as induced liver inflammation, microvesicular appearance and altered fatty acid profile. In the population-based cohort, men with increased serum MMP-8 concentration together with subclinical atherosclerosis (carotid artery intima media thickness > 1mm) had a three-fold increased risk for CVD death during the follow-up. The results show that infections with A. actinomycetemcomitans and C. pneumoniae induce proatherogenic changes, as well as affect the liver. These data therefore support the concept that common infections have systemic effects and could be considered as cardiovascular risk factors. Furthermore, our data indicate that, as an independent predictor of fatal CVD event, serum MMP-8 could have a clinical significance in diagnosing cardiovascular diseases.

The high- and low-activity forms of human plasma phospholipid transfer protein (PLTP)

Plasma phospholipid transfer protein (PLTP) plays a crucial role in high-density lipoprotein (HDL) metabolism and reverse cholesterol transport (RCT). It mediates the generation of pre-beta-HDL particles, enhances the cholesterol efflux from peripheral cells to pre-beta-HDL, and metabolically maintains the plasma HDL levels by facilitating the transfer of post-lipolytic surface remnants of triglyceride-rich lipoproteins to HDL. In addition to the antiatherogenic properties, recent findings indicate that PLTP has also proatherogenic characteristics, and that these opposite characteristics of PLTP are dependent on the site of PLTP expression and action. In human plasma, PLTP exists in a high-activity (HA-PLTP) and a low-activity form (LA-PLTP), which are associated with macromolecular complexes of different size and composition. The aims of this thesis were to isolate the two PLTP forms from human plasma, to characterize the molecular complexes in which the HA- and LA-PLTP reside, and to study the interactions of the PLTP forms with apolipoproteins (apo) and the ability of apolipoproteins to regulate PLTP activity. In addition, we aimed to study the distribution of the two PLTP forms in a Finnish population sample as well as to find possible regulatory factors for PLTP by investigating the influence of lipid and glucose metabolism on the balance between the HA- and LA-PLTP. For these purposes, an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) capable of determining the serum total PLTP concentration and quantitating the two PLTP forms separately was developed. In this thesis, it was demonstrated that the HA-PLTP isolated from human plasma copurified with apoE, whereas the LA-PLTP formed a complex with apoA-I. The separation of these two PLTP forms was carried out by a dextran sulfate (DxSO4)-CaCl2 precipitation of plasma samples before the mass determination. A similar immunoreactivity of the two PLTP forms in the ELISA could be reached after a partial sample denaturation by SDS. Among normolipidemic Finnish individuals, the mean PLTP mass was 6.6 +/- 1.5 mg/l and the mean PLTP activity 6.6 +/- 1.7 umol/ml/h. Of the serum PLTP concentration, almost 50% represented HA-PLTP. The results indicate that plasma HDL levels could regulate PLTP concentration, while PLTP activity could be regulated by plasma triglyceride-rich very low-density lipoprotein (VLDL) concentration. Furthermore, new evidence is presented that PLTP could also play a role in glucose metabolism. Finally, both PLTP forms were found to interact with apoA-I, apoA-IV, and apoE. In addition, both apoE and apoA-IV, but not apoA-I, were capable of activating the LA-PLTP. These findings suggest that the distribution of the HA- and LA-PLTP in human plasma is subject to dynamic regulation by apolipoproteins.

ORP2 is a sterol receptor that regulates cellular lipid metabolism

ORP2 is a member of mammalian oxysterol binding protein (OSBP)-related protein/gene family (ORPs), which is found in almost every eukaryotic organism. ORPs have been suggested to participate in the regulation of cellular lipid metabolism, vesicle trafficking and cellular signaling. ORP2 is a cytosolic protein that is ubiquitously expressed and most abundant in the brain. In previous studies employing stable cell lines with constitutive ORP2 overexpression ORP2 was shown to affect cellular cholesterol metabolism. The aim of this study was to characterize the properties and function of ORP2 further. ORP2 ligands were searched for among sterols and phosphoinositides using purified ORP2 and in vitro binding assays. As expected, ORP2 bound several oxysterols and cholesterol, the highest affinity ligand being 22(R)hydroxycholesterol. In addition, affinity for anionic membrane phospholipids, phosphoinositides was observed, which may assist in the membrane targeting of ORP2. Intracellular localization of ORP2 was also investigated. ORP2 was observed on the surface of cytoplasmic lipid droplets, which are storage organelles for neutral lipids. Lipid droplet targeting of ORP2 was inhibited when 22(R)hydroxycholesterol was added to the cells or when the N-terminal FFAT-motif of ORP2 was mutated, suggesting that oxysterols and the N-terminus of ORP2 regulate the localization and the function of ORP2. The role of ORP2 in cellular lipid metabolism was studied using HeLa cell lines that can be induced to overexpress ORP2. Overexpression of ORP2 was shown to enhance cholesterol efflux from the cells resulting in a decreased amount of cellular free cholesterol. ORP2 overexpressing cells responded to the loss of cholesterol by upregulating cholesterol synthesis and uptake. Intriguingly, also cholesterol esterification was increased in ORP2 overexpressing cells. These results may be explained by the ability of ORP2 to bind and thus transport cholesterol, which most likely leads to changes in cholesterol metabolism when ORP2 is overexpressed. ORP2 function was further investigated by silencing the endogenous ORP2 expression with short interfering RNAs (siRNA) in A431 cells. Silencing of ORP2 led to a delayed break-down of triglycerides under lipolytic conditions and an increased amount of cholesteryl esters in the presence of excess triglycerides. Together these results suggest that ORP2 is a sterol-regulated protein that functions on the surface of cytoplasmic lipid droplets to regulate the metabolism of triglycerides and cholesteryl esters. Although the exact mode of ORP2 action still remains unclear, this study serves as a good basis to investigate the molecular mechanisms and possible cell type specific functions of ORP2.

Statut des transporteurs du cholestérol au niveau de l'intestin et du foie dans le diabète de type 2

La résistance à l’insuline et le diabète de type 2 (DT2) sont caractérisés par une hyperlipidémie. Le but de cette étude est de déterminer si le DT2 contribue au dérèglement du métabolisme du cholestérol au niveau du petit intestin et du foie du Psammomys obesus, un modèle animal nutritionnel d’induction de la résistance à l’insuline et du DT2. L’absorption intestinale du cholestérol est diminuée chez les animaux diabétiques. Cette diminution est associée à une baisse (i) de l’expression génique et protéique de NPC1-L1 qui joue un rôle primordial dans l’absorption du cholestérol au niveau des entérocytes; et (ii) de l’ARNm de l’ABCA1 responsable de l’efflux de cholestérol des cellules intestinales à l’apolipoprotéine A-I et aux HDLs. En ce qui a trait aux transporteurs SR-B1 et Annexin II, aucune différence n’a été observée au niveau intestinal. Toutefois, une diminution significative de l’expression génique de l’ABCG5, un intervenant majeur dans la sécrétion du cholestérol des entérocytes vers la lumière intestinale, est mesurée chez les animaux diabétiques. De plus, l’expression protéique est diminuée pour le PCSK9 et augmentée pour le LDLr au niveau du jéjunum, tandis que la quantité de protéine de l’enzyme HMG-CoA réductase est régulée à la baisse chez les Psammomys obesus diabétiques. Finalement, de tous les facteurs de transcription testés seule une augmentation de LXR et une diminution de PPAR/δ sont détectées au niveau de l’intestin. Au niveau hépatique, il y a (i) une augmentation de la masse protéique de NPC1-L1, SR-BI et Annexin II; (ii) une élévation l’ARNm de SR-BI; (iii) une diminution du contenu protéique de ABCG8 et de l’expression génique de l’ABCG5 et de l’ABCA1; et (iv) une élévation de l’ARNm de LXR et de PPAR/δ, tout comme une baisse de l’expression protéique de SREBP-2. Somme toute, nos résultats montrent que le développement du diabète de type 2 chez le Psammomys obesus entraîne un changement dans la machinerie intra-entérocytaire et hépatocytaire, qui mène à un dérèglement de l’homéostasie du cholestérol.

Les transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 contribuent au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire

Le testicule assure la production des spermatozoïdes et la sécrétion de la testostérone. Chaque fonction est assumée par un compartiment cellulaire distinct: l’épithélium séminifère et le tissu interstitiel. Le cholestérol, présent dans les deux compartiments, est un composé indispensable aux membranes cellulaires et un précurseur essentiel de la testostérone. Dans le compartiment interstitiel, environ 40 % du cholestérol utilisé pour la production hormonale est importé du sang à partir des lipoprotéines HDL et/ou LDL. Dans l’épithélium séminifère, la cellule de Sertoli assure le contrôle et le maintien de la spermatogenèse. Elle a la capacité de synthétiser du cholestérol à partir de l’acétate in vitro, néanmoins, il n’y a pas d’évidence qu’elle le fait in vivo. De plus il existe, au niveau des tubules séminifères, une barrière hémato-testiculaire qui empêche le libre passage de plusieurs composés sanguins, y compris le cholestérol. Nous avons testé l’hypothèse qu’il existe des moyens d’importation du cholestérol sanguin, mais aussi l’exportation du cholestérol intra-tissulaire, qui contourneraient cette barrière et qui contribueraient au maintien du taux intratubulaire du cholestérol compatible avec le bon déroulement de la spermatogenèse. Nous avons comparé les taux de variation de l’expression de l’ARNm et de la protéine des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 aux taux de variation du cholestérol libre et estérifié au cours de la spermatogenèse chez les souris normales durant le développement postnatal. Afin de mieux apprécier le niveau d’implication de chacun de ces récepteurs, nous avons examiné comment la suppression du gène d’une enzyme comme la lypase hormono-sensible (HSL) ou de celui d’un transporteur de cholestérol comme SR-BI, CD36 ou NPC1 était compensée et comment cette suppression affectait le taux de cholestérol libre et estérifié dans chacun des deux compartiments cellulaires du testicule. Nous avons dans un premier temps mis au point une nouvelle technique d’isolation des testicules en fraction enrichie en tissu interstitiel (ITf) et en tubules séminifères (STf) qui a l’avantage de mieux préserver l’intégrité des formes phosphorylées et glycosylées des protéines comparée aux techniques préexistantes. Les résultats de nos analyses ont montré que l’expression de SR-BI et CD36 étaient maximales dans les ITf au moment où les souris ont complété leur maturité sexuelle et où le niveau de synthèse de la testostérone était maximal. Dans les tubules séminifères, l’expression maximale de SR-BI et le taux le plus élevé de cholestérol estérifié étaient mesurés de façon concomitante à 35 jours après la naissance, au moment où la première vague de l’activité spermatogénétique était complétée. L’expression de l’ABCA1 était maximale au moment où le taux de cholestérol était élevé et minimale au moment où le taux de cholestérol était le plus bas, alors que le niveau d’expression de CD36 était maximal chez l’adulte au moment où le taux de spermiation était le plus élevé. L’expression de SR-BII variait peu dans les deux compartiments cellulaires durant le développement. La suppression génétique de la HSL et de NPC1, qui cause une infertilité chez les souris mâles, était accompagnée d’une accumulation de cholestérol libre et estérifié dans les tubules séminifères. Par contre, la suppression génétique de SR-BI et CD36, qui ne causent pas d’infertilité chez les souris mâles était sans impact significatif sur le taux de cholestérol intratubulaire. Nous avons montré que l’invalidation génétique d’un transporteur sélectif ou d’une enzyme du métabolisme du cholestérol était accompagnée d’un ensemble de mécanismes de compensation visant à maintenir le taux de cholestérol libre aux niveaux semblables à ceux mesurés dans les fractions tissulaires de souris normales. Ensemble, nos résultats ont montré que l’expression des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 variait en fonction de la spermatogenèse et du taux intratesticulaire du cholestérol suggérant leur contribution au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire.

Le récepteur CD36 : implication dans le développement de l'athérosclérose et dans le recrutement des leucocytes aux sites inflammatoires

Le CD36 est un récepteur éboueur de classe B exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages et les cellules endothéliales de la microvasculature. Le CD36 présente une haute affinité de liaison pour les ligands lipidiques tels que les lipoprotéines oxydées de basse densité (LDLox). De part sa capacité à internaliser les LDLox au niveau des macrophages et de son implication dans la formation des cellules spumeuses, le CD36 joue un rôle critique dans le développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique sélectif du CD36, exerce des effets anti-athérosclérotiques chez les souris déficientes en apolipoprotéine E. Un traitement prolongé (12 semaines) avec le EP 80317 réduit fortement (de 51%) la surface des lésions athérosclérotiques par comparaison aux souris témoins. L'effet anti-athérosclérotique est associé à une diminution des taux de cholestérol plasmatique, à une réduction de l’internalisation des LDLox au niveau des macrophages et à une augmentation de l’expression des protéines impliquées dans le transport inverse du cholestérol. De plus, un traitement par le EP 80317 est également associé une diminution de l’expression aortique et plasmatique de protéines pro-inflammatoires. Nos études ont aussi montré un rôle pour le CD36 dans le recrutement des phagocytes mononucléés au niveau des lésions athérosclérotiques, tel que démontré par une réduction de l’accumulation des phagocytes mononucléés radiomarqués CD36–/– par rapport aux cellules CD36+/+. À l’échelle moléculaire, nous avons montré que les phospholipides oxydés induisent la phosphorylation de la kinase Pyk2 des podosomes des monocytes/macrophages de manière dépendante de l’expression du CD36 et de Src. Cette phosphorylation est atténuée par un traitement par le EP80317. Nos résultats appuient le rôle important du CD36 dans l’athérosclérose et suggèrent que les ligands synthétiques qui modulent la fonction du CD36 représentent potentiellement une nouvelle classe d'agents anti-athérosclérotiques. Le CD36 exprimé par les cellules endothéliales de la microvasculature est un récepteur de l’hétérodimère protéique S100A8/A9. Ces protéines s’associent à l’acide arachidonique intracellulaire (AA) des neutrophiles polymorphonucléaires (PMN) et le complexe S100A8/A9/AA peut être sécrété par les PMN activés au contact de l’endothélium. Nous avons vérifié l’hypothèse selon laquelle le CD36 exprimé par la microvasculature est impliqué dans le métabolisme transcellulaire de l’AA par la liaison du complexe S100A8/A9/AA et la réponse inflammatoire. Chez deux modèles murins d'inflammation aiguë (ischémie/reperfusion des membres inférieurs et poche d’air dorsale), nous avons observé que la réponse inflammatoire, notamment l’accumulation des PMN au niveau des sites inflammatoires, est diminuée en moyenne de 63% chez les souris CD36-/-. De même, un traitement par le EP 80317 ou par les anticorps anti-S100A8/A9 diminue chacun de 60% en moyenne l’extravasation des PMN vers les tissus inflammatoires. L’administration simultanée des deux traitements n’a aucun effet supplémentaire, et ces traitements n’exercent aucun effet chez les souris CD36-/-. Nos résultats appuient le rôle du récepteur CD36 de la microvasculature dans la régulation de la réponse inflammatoire. L’utilisation des ligands synthétiques du CD36 pourrait représenter une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement des réponses inflammatoires aiguës.

Biogénèse des lipoprotéines de haute densité (HDL): implication du transporteur ABCA1

Les patients atteints de la maladie de Tangier présentent des niveaux très bas de lipoprotéines de haute densité (HDL), un facteur de risque pour le développement des maladies cardiovasculaires. In vivo, les HDL ont un effet protecteur important contre l’athérosclérose puisqu’elles effectuèrent le transport à rebours du cholestérol des tissus périphériques vers le foie. Or, la maladie de Tangier est causée par des mutations dans le gène du transporteur « ATP-binding cassette A1 » (ABCA1). Le modèle actuel stipule que ce transporteur assure la lipidation de l’apolipoprotéine A-I (apoA-I), la composante protéique majeure des HDL, pour former des particules HDL naissantes discoïdales. Un défaut dans la lipidation de l’apoA-I par l’ABCA1 abolit la biogénèse des HDL. Nous avons voulu étudier les sites d’interaction de l’ABCA1 avec son ligand (l’apoA-I), les voies de biogénèse impliquées, et l’implication des pré-β-HDL dans l’efflux du cholestérol par la voie de l’ABCA1. D’abord, nous avons utilisé un système de culture cellulaire (fibroblastes humaines et BHK-ABCA1-inductible) afin de déterminer les sites de liaison cellulaires de l’apoA-I, leurs localisations et l’implication de l’ABCA1. Nous avons trouvé que la majorité de l’apoA-I n’est pas associée à l’ABCA1 et, deux tiers de cet apoA-I, était à la membrane plasmique. Ensuite, Une étude plus détaillée examinait les voies de lipidation de l’apoA-I, soit au niveau de la membrane plasmique (MP), soit aux compartiments intracellulaires (CICs). Nous avons montré que la lipidation de l’apoA-I a lieu aux deux niveaux (MP et CICs) selon deux voies différentes cinétiquement. Finalement, nous avons montré que les pré-β-HDL effluent aussi (efficacement que l’apoA-I) le cholestérol par la voie de l’ABCA1. Ces observations réunies démontrent que 1) la majorité de l’apoA-I s’est trouvé non-associée à l’ABCA1; 2) deux tiers de l’apoA-I s’associent a la membrane plasmique; 3) la lipidation de l’apoA-I se fait en partie à la membrane plasmique et, par la voie de retro-endocytose du complexe apoA-I/ABCA1.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

Régulation du métabolisme et du transport des lipides dans les macrophages : potentiel anti-athérosclérotique des ligands du CD36

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal.

Les effets du dalcetrapib, un inhibiteur de la protéine de transfert des esters de cholestérol (CETP), sur la structure et la fonction des lipoprotéines de haute densité (HDL) dans l’étude dal-PLAQUE2

Introduction : Le dalcetrapib, inhibiteur de la glycoprotéine hydrophobe de transfert des esters de cholestérol (CETP), a été étudié dans le cadre de l’essai clinique de phase II dal-PLAQUE2 (DP2). L’objectif principal est d’étudier l’effet du dalcetrapib après 1 an de traitement sur la structure et la fonction des HDL dans une sous-population de la cohorte DP2. Méthode : Les sujets de la cohorte DP2 ayant une série de mesures de cIMT et des échantillons de plasma et sérum au baseline et à 1 an de traitement furent sélectionnés (379 sujets: 193 du groupe placebo (PCB) et 186 du groupe dalcetrapib (DAL)). Des données biochimiques prédéterminées, le profil des concentrations et tailles des sous-classes de HDL et LDL en résonance magnétique nucléaire (RMN) et 2 mesures de capacité d’efflux de cholestérol (CEC) du sérum ont été explorées. Les données statistiques furent obtenues en comparant les changements à un an à partir du « baseline » avec un ANOVA ou ANCOVA. La procédure normalisée de fonctionnement d’essai d’efflux de cholestérol permet de calculer l’efflux fractionnel (en %) de 3H-cholestérol des lignées cellulaires BHK-ABCA1 (fibroblastes) et J774 (macrophages, voie ABCA1) et HepG2 (hépatocytes, voie SR-BI), vers les échantillons sériques de la cohorte DP2. Résultats : Pour la biochimie plasmatique, un effet combiné des changements d’activité de CETP dans les 2 groupes a causé une réduction de 30% dans le groupe DAL. Après 1 an de traitement dans le groupe DAL, la valeur de HDL-C a augmenté de 35,5% (p < 0,001) et l’apoA-I a augmenté de 14,0% (p < 0,001). Au profil RMN, dans le groupe DAL après 1 an de traitement, il y a augmentation de la taille des HDL-P (5,2%; p < 0,001), des grosses particules HDL (68,7%; p < 0,001) et des grosses particules LDL (37,5%; p < 0,01). Les petites particules HDL sont diminuées (-9,1%; p < 0,001). Il n’y a aucune différence significative de mesure de cIMT entre les deux groupes après 1 an de traitement. Pour la CEC, il y a augmentation significative par la voie du SR-BI et une augmentation via la voie ABCA1 dans le groupe DAL après 1 an de traitement. Conclusion : Après un an de traitement au dalcetrapib, on note une hausse de HDL-C, des résultats plutôt neutres au niveau du profil lipidique par RMN et une CEC augmentée mais trop faible pour affecter la valeur de cIMT chez les échantillons testés.

Lipid Transfer to HDL is Higher in Marathon Runners than in Sedentary Subjects, but is Acutely Inhibited During the Run

Although exercise increases HDL-cholesterol, exercise-induced changes in HDL metabolism have been little explored. Lipid transfer to HDL is essential for HDL's role in reverse cholesterol transport. We investigated the effects of acute exhaustive exercise on lipid transfer to HDL. We compared plasma lipid, apolipoprotein and cytokine levels and in vitro transfer of four lipids from a radioactively labeled lipid donor nanoemulsion to HDL in sedentary individuals (n = 28) and in marathon runners (n = 14) at baseline, immediately after and 72 h after a marathon. While HDL-cholesterol concentrations and apo A1 levels were higher in marathon runners, LDL-cholesterol, apo B and triacylglycerol levels were similar in both groups. Transfers of non-esterified cholesterol [6.8 (5.7-7.2) vs. 5.2 (4.5-6), p = 0.001], phospholipids [21.7 (20.4-22.2) vs. 8.2 (7.7-8.9), p = 0.0001] and triacylglycerol [3.7 (3.1-4) vs. 1.3 (0.8-1.7), p = 0.0001] were higher in marathon runners, but esterified-cholesterol transfer was similar. Immediately after the marathon, LDL- and HDL-cholesterol concentrations and apo A1 levels were unchanged, but apo B and triacylglycerol levels increased. Lipid transfer of non-esterified cholesterol [6.8 (5.7-7.2) vs. 5.8 (4.9-6.6), p = 0.0001], phospholipids [21.7 (20.4-22.2) vs. 19.1 (18.6-19.3), p = 0.0001], esterified-cholesterol [3.2 (2.2-3.8) vs. 2.3 (2-2.9), p = 0.02] and triacylglycerol [3.7 (3.1-4) vs. 2.6 (2.1-2.8), p = 0.0001] to HDL were all reduced immediately after the marathon but returned to baseline 72 h later. Running a marathon increased IL-6 and TNF-alpha levels, but after 72 h these values returned to baseline. Lipid transfer, except esterified-cholesterol transfer, was higher in marathon runners than in sedentary individuals, but the marathon itself acutely inhibited lipid transfer. In light of these novel observations, further study is required to clarify how these metabolic changes can influence HDL composition and anti-atherogenic function.

Inhibition of Macrophage Oxidative Stress Prevents the Reduction of ABCA-1 Transporter Induced by Advanced Glycated Albumin

We investigated the role of aminoguanidine and benfotiamine on the inhibition of reactive oxygen species (ROS) generation in macrophages induced by advanced glycated albumin (AGE-albumin) and its relationship with cell cholesterol homeostasis, emphasizing the expression of the ATP binding cassette transporter A-1 (ABCA-1). AGE-albumin was made by incubating fatty acid-free albumin with 10 mM glycolaldehyde. ROS production and ABCA-1 protein level were determined by flow cytometry in J774 macrophages treated along time with control (C) or AGE-albumin alone or in the presence of aminoguanidine or benfotiamine. Mitochondrial function was evaluated by oxygraphy. Compared to C-albumin, AGE-albumin increased ROS production in macrophages, which was ascribed to the activities of NADPH oxidase and of the mitochondrial system. Mitochondrial respiratory chain activity was reduced in cells incubated with AGE-albumin. ROS generation along time was associated with the reduction in macrophage ABCA-1 protein level. Aminoguanidine prevented ROS elevation and restored the ABCA-1 content in macrophages; on the other hand, benfotiamine that promoted a lesser reduction in ROS generation was not able to restore ABCA-1 levels. Inhibition of oxidative stress induced by AGE-albumin prevents disturbances in reverse cholesterol transport by curbing the reduction of ABCA-1 elicited by advanced glycation in macrophages and therefore may contribute to the prevention of atherosclerosis in diabetes mellitus.

ER stress is associated with reduced ABCA-1 protein levels in macrophages treated with advanced glycated albumin - Reversal by a chemical chaperone

ATP-binding cassette transporter A1 mediates the export of excess cholesterol from macrophages, contributing to the prevention of atherosclerosis. Advanced glycated albumin (AGE-alb) is prevalent in diabetes mellitus and is associated with the development of atherosclerosis. Independently of changes in ABCA-1 mRNA levels, AGE-alb induces oxidative stress and reduces ABCA-1 protein levels, which leads to macrophage lipid accumulation. These metabolic conditions are known to elicit endoplasmic reticulum (ER) stress. We sought to determine if AGE-alb induces ER stress and unfolded protein response (UPR) in macrophages and how disturbances to the ER could affect ABCA-1 content and cholesterol efflux in macrophages. AGE-alb induced a time-dependent increase in ER stress and UPR markers. ABCA-1 content and cellular cholesterol efflux were reduced by 33% and 47%, respectively, in macrophages treated with AGE-alb, and both were restored by treatment with 4-phenyl butyric acid (a chemical chaperone that alleviates ER stress), but not MG132 (a proteasome inhibitor). Tunicamycin, a classical ER stress inductor, also impaired ABCA-1 expression and cholesterol efflux (showing a decrease of 61% and 82%, respectively), confirming the deleterious effect of ER stress in macrophage cholesterol accumulation. Glycoxidation induces macrophage ER stress, which relates to the reduction in ABCA-1 and in reverse cholesterol transport, endorsing the adverse effect of macrophage ER stress in atherosclerosis. Thus, chemical chaperones that alleviate ER stress may represent a useful tool for the prevention and treatment of atherosclerosis in diabetes. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Omega-6 polyunsaturated fatty acids prevent atherosclerosis development in LDLr-KO mice, in spite of displaying a pro-inflammatory profile similar to trans fatty acids

The development of atherosclerosis and the inflammatory response were investigated in LDLr-KO mice on three high-fat diets (40% energy as fat) for 16 weeks: trans (TRANS), saturated (SAFA) or omega-6 polyunsaturated (PUFA) fats. The following parameters were measured: plasma lipids, aortic root total cholesterol (TC), lesion area (Oil Red-O), ABCA1 content and macrophage infiltration (immunohistochemistry), collagen content (Picrosirius-red) and co-localization of ABCA1 and macrophage (confocal microscopy) besides the plasma inflammatory markers (IL-6, TNF-alpha) and the macrophage inflammatory response to lipopolysaccharide from Escherichia coli (LPS). As expected, plasma TC and TG concentrations were lower on the PUFA diet than on TRANS or SAFA diets. Aortic intima macrophage infiltration, ABCA1 content, and lesion area on PUFA group were lower compared to TRANS and SAFA groups. Macrophages and ABCA1 markers did not co-localize in the atherosclerotic plaque, suggesting that different cell types were responsible for the ABCA1 expression in plaques. Compared to PUFA, TRANS and SAFA presented higher collagen content and necrotic cores in atherosclerotic plaques. In the artery wall, TC was lower on PUFA compared to TRANS group; free cholesterol was lower on PUFA compared to TRANS and SAFA; cholesteryl ester concentration did not vary amongst the groups. Plasma TNF-alpha concentration on PUFA and TRANS-fed mice was higher compared to SAFA. No difference was observed in IL-6 concentration amongst groups. Regarding the macrophage inflammatory response to LPS, TRANS and PUFA presented higher culture medium concentrations of IL-6 and TNF-alpha as compared to SAFA. The PUFA group showed the lowest amount of the anti-inflammatory marker IL-10 compared to TRANS and SAFA groups. In conclusion, PUFA intake prevented atherogenesis, even in a pro-inflammatory condition. (c) 2012 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Type 2 diabetes is associated with reduced ATP-binding cassette transporter A1 gene expression, protein and function

Objective Increasing plasma glucose levels are associated with increasing risk of vascular disease. We tested the hypothesis that there is a glycaemia-mediated impairment of reverse cholesterol transport (RCT). We studied the influence of plasma glucose on expression and function of a key mediator in RCT, the ATP binding cassette transporter-A1 (ABCA1) and expression of its regulators, liver X receptor-α (LXRα) and peroxisome proliferator-activated receptor–γ (PPARγ). Methods and Results Leukocyte ABCA1, LXRα and PPARγ expression was measured by polymerase chain reaction in 63 men with varying degrees of glucose homeostasis. ABCA1 protein concentrations were measured in leukocytes. In a sub-group of 25 men, ABCA1 function was quantified as apolipoprotein-A1-mediated cholesterol efflux from 2–3 week cultured skin fibroblasts. Leukocyte ABCA1 expression correlated negatively with circulating HbA1c and glucose (rho = −0.41, p<0.001; rho = −0.34, p = 0.006 respectively) and was reduced in Type 2 diabetes (T2DM) (p = 0.03). Leukocyte ABCA1 protein was lower in T2DM (p = 0.03) and positively associated with plasma HDL cholesterol (HDL-C) (rho = 0.34, p = 0.02). Apolipoprotein-A1-mediated cholesterol efflux correlated negatively with fasting glucose (rho = −0.50, p = 0.01) and positively with HDL-C (rho = 0.41, p = 0.02). It was reduced in T2DM compared with controls (p = 0.04). These relationships were independent of LXRα and PPARγ expression. Conclusions ABCA1 expression and protein concentrations in leukocytes, as well as function in cultured skin fibroblasts, are reduced in T2DM. ABCA1 protein concentration and function are associated with HDL-C levels. These findings indicate a glycaemia- related, persistent disruption of a key component of RCT.