Soutenance de thèse de Ahmad Chehaitly

The January 21, 2021

ROLE OF MITOCHONDRIAL DYNAMICS IN THE RESPONSE OF ENDOTHELIAL CELLS TO SHEAR STRESS DURING EARLY PHASE OF ATHEROSCLEROSIS.

Abstract
Mitochondria are dynamic organelles altering their inner and outer membranes through fission and fusion mechanisms. In response to shear stress, the mitochondria in endothelial cells (ECs) continuously undergo fusion and fission mechanisms. We hypothesized that alteration in mitochondrial dynamics could alter ECs function leading to vascular damages. For that, we investigated the role of OPA1 and DRP1 deficiency in ECs and vascular homeostasis using mice lacking fusion protein OPA1 and fission protein DRP1 (heterozygous Opa1+/- & Drp1+/- mice). We investigated mitochondrial dynamics-related proteins expression level in ECs submitted to a disturbed shear stress (evidenced by eNOS down-regulation and endothelin-1 up-regulation) and observed a reduction in fusion protein OPA1 mRNA expression and an increase in fission protein DRP1 mRNA expression level. The opposite was observed in ECs submitted to disturbed shear stress. After acute stimulation of ECs to Histamine, cells lacking OPA1 and DRP1 protein have shown a decreased intracellular Ca2+ release, compared to control cells. Besides, these cells showed a decreased capability of migration compared to control cells. As shear stress determines atherogenesis in large arteries, we investigated mitochondrial dynamics-related proteins in various areas in the mouse aorta. In the areas submitted to low shear stress (inner part of the aortic cross), OPA1 mRNA expression was reduced and DRP1 mRNA expression was increased compared to aortic areas subjected to high shear stress. These observations led to investigate atherosclerosis in Opa1+/- and Drp1 +/- mice. These mice, when
crossed with Ldlr--/- mice and fed high fat diet, develop more atherosclerosis in Opa1+/- and less in Drp1+/- mice compared to WT. Thus, dis-regulation in mitochondrial dynamics proteins altered endothelium dependent functions in atherosclerotic mice, and increasing plaque formation with reduced fusion.

Resumé
Les mitochondries sont des organites dynamiques modifiant leurs membranes interne et externe par des mécanismes de fission et de fusion. En réponse aux forces de cisaillement induites par le flux sanguin, les mitochondries des cellules endothéliales (CEs) subissent en permanence des mécanismes de fusion et de fission. Nous avons émis l'hypothèse que l'altération de la dynamique mitochondriale pourrait modifier la fonction des CEs entraînant des dommages vasculaires. Pour cela, nous avons étudié le rôle de la déficience en OPA1 et DRP1 dans les CEs et l'homéostasie vasculaire en utilisant des souris déficientes en protéine de fusion OPA1 et en protéine de fission DRP1 (souris hétérozygotes Opa1 +/- et Drp1 +/-). Nous avons étudié le niveau d'expression des protéines liées à la dynamique mitochondriale dans les CEs soumises à
un flux laminaire, protecteur (mis en évidence par la régulation à la baisse de eNOS et la régulation à la hausse de l'endothéline-1) et nous avons observé une réduction de l'expression de l'ARNm de la protéine de fusion OPA1 et une augmentation de l’expression de l'ARNm de la protéine de fission DRP1. Le contraire a été observé dans les CEs soumises à un flux perturbé. Après une stimulation aiguë des CEs par l'histamine, les CEs dépourvues de protéines OPA1 et DRP1 ont montré une diminution de la libération intracellulaire de Ca2 + par rapport aux cellules contrôles. En outre, ces cellules ont montré une capacité de migration réduite par rapport aux cellules contrôles. Comme les forces de cisaillement déterminent l'athérogenèse dans les grandes artères, nous avons étudié les protéines liées à la dynamique mitochondriale dans les diverses zones de l'aorte chez la souris. Dans les zones soumises à un faible cisaillement (partie interne de la crosse aortique), l'expression de l'ARNm d’OPA1 a été réduite et l'expression de l'ARNm de DRP1 a été augmentée par rapport aux zones aortiques soumises à un cisaillement athérogène. Ces observations ont conduit à étudier l'athérosclérose chez les souris Opa1 +/- et Drp1 +/-. Ces souris, lorsqu'elles sont croisées avec des souris Ldlr -/- et nourries avec un régime riche en graisses, développent plus d'athérosclérose chez Opa1 +/- et moins chez les souris Drp1 +/- par rapport aux souris WT. Ainsi, la dysrégulation des protéines de la dynamique mitochondriale a modifié les fonctions dépendantes de l'endothélium chez les souris atteintes d’athérosclérose et réduit la formation de la plaque avec une fusion réduite.

Rapporteurs avant soutenance :
Dr. Pierre-Louis THARAUX Directeur de Recherche INSERM, PARCC, Paris, France
Dr. Françoise LENFANT Directeur de Recherche INSERM, I2MC, Toulouse, France
Composition du Jury :
Président : Prof. Vincent PROCACCIO PU-PH, MitoVasc, UMR CNRS 6015 Inserm U1083, Angers, France
Examinateurs : Dr. Salim KHIATI MCF, MitoVasc, UMR CNRS 6015 Inserm U1083, Angers, France
Prof. Bassam BADRAN Professeur des Universités, Lebanese University, Hadath, Beyrouth
Dir. de thèse : Dr. Daniel HENRION Directeur de Recherche INSERM, MitoVasc, Angers, France