Contrôle local du tonus vasculaire par l’endothélium Hormonal function is a specialized feature of endocrine cells having a common origine and similar morphology

L’endothélium vasculaire est un organe couche monocellulaire la plus interne au vaisseau

L’endothélium vasculaire est un organe 1 X 1012 cellules Masse: 1.5 - 1.8 kg Surface: 4-6 terrains de tennis Photograph Carl J. Pepine, MD

Principales fonctions de l’endothélium Régulation du tonus vasculaire Régulation de la perméabilite vasculaire Régulation de l’interaction paroi vasculaire/leucocytes, plaquettes Remodelling vasculaire Endothélium sain Endothélium dysfonctionnel (adhesion de fibrine et plaquettes)

Inhibition de la croissance Promotion de la croissance L’endothélium est le garant de la « santé » du vaisseau Dilatation Inhibition de la croissance Anti-thrombotique Anti-inflammatoire Anti-oxydant Constriction Promotion de la croissance Prothrombotique Proinflammatoire Pro-oxydant

Principaux facteurs libérés par l’endothélium Médiateurs et modulateurs de la croissance promoteurs: O2-., AngII, ET inhibiteurs: CNP, NO de l’inflammation Hémostase et facteurs thrombolytiques promoteurs: O2-., TNFa inhibiteurs: NO tPA Substances Vasoactives Vasodilatateurs Monoxyde d’azote (NO) EDHF Prostacyclines (PGI2) Bradykinine Acetylcholine, sérotonine, histamine, substance P, etc Vasoconstricteurs Endothéline Angiotensine II Thromboxane A2, acétylcholine, ac. arachidonic, prostaglandin H2, etc

Rappel: médiateurs intracellulaires de la contraction Le tonus vasculaire résulte de la contraction des cellules musculaires lisses de la média La contraction des cellules musculaires lisses repose sur l’interaction de l’actine avec la myosine [Ca2+]i Elevation of smooth muscle calcium to about 10-5M induces formation of Ca2+Calmodulin (CaCM) complexes which activate thin filaments by binding caldesmon (Cald) and freeing myosin binding sites on thin filaments. CaCM also binds and activates myosin light chain kinase (MLCK). Active MLCK phosphorylates myosin p-light chain activating the actomyosin ATPase activit of myosin headpieces. Epinephrine binding to b-adrenergic receptors raises cAMP, activates cAMP-dependent protein kinase (PKA), which reduces the affinity of MLCK for CaCM and modulates the strength of contraction generated by elevated cytosolic calcium.

Médiateurs intracellulaires de la relaxation Activation de canaux potassiques - Hyperpolarisation membranaire:  diminution de la [Ca2+]cyt

Médiateurs intracellulaires de la relaxation diminution de la production d’IP3 inactivation du recepteur IP3 séquestration du calcium par le RS inactivation des VOCs hyperpolarisation par activation de K+Ca cGMP : Diminution de la [Ca2+]cyt Diminution de la sensibilité des protéines contractiles au Ca2+ cAMP : Phosphorylation de la MLCK (inactivation) Phosphorylation de canaux potassiques -hyperpolarisation Augmentation de l ’extrusion du Ca2+, Augmentation du stockage du Ca2+ dans le RS

Principaux facteurs libérés par l’endothélium Substances Vasoactives Vasodilatateurs Monoxyde d’azote (NO) EDHF Prostacyclines (PGI2) Bradykinine Acetylcholine, sérotonine, histamine, substance P, etc Vasoconstricteurs Endothéline Angiotensine II Thromboxane A2, acétylcholine, ac. arachidonic, prostaglandin H2, etc

Principaux facteurs libérés par l’endothélium Substances Vasoactives Vasodilatateurs Monoxyde d’azote (NO) EDHF Prostacyclines (PGI2) Bradykinine Acetylcholine, sérotonine, histamine, substance P, etc Vasoconstricteurs Endothéline Angiotensine II Thromboxane A2, acétylcholine, ac. arachidonic, prostaglandin H2, etc

Découverte d ’un facteur relaxant libéré par l ’endothélium: l ’EDRF Le monoxyde d ’azote ou NO Furchgott ’s sandwich Découverte d ’un facteur relaxant libéré par l ’endothélium: l ’EDRF Copyright © 1998: The Nobel Committee for Physiology or Medicine at the Karolinska Institute, SE-171 77 Stockholm, Sweden

Ignarro’s spectral analysis Furchgott ’s sandwich Ignarro’s spectral analysis L ’EDRF est du NO Copyright © 1998: The Nobel Committee for Physiology or Medicine at the Karolinska Institute, SE-171 77 Stockholm, Sweden

Ignarro’s spectral analysis Furchgott ’s sandwich Ignarro’s spectral analysis Murad ’s enzyme activation Le NO active la guanylate cyclase Copyright © 1998: The Nobel Committee for Physiology or Medicine at the Karolinska Institute, SE-171 77 Stockholm, Sweden

La NO synthase Cellule musculaire Cellule endothéliale Relaxation cGMP L-Arginine + O2 THB Relaxation NADPH FAD FMN CaM Heme Domaine réductase Domaine oxygénase L-Citrulline + NO. cGMP

} Les NO synthases Cofacteurs L-arginine THB Myr, Palm Heme Calmoduline FMN FAD NADPH Neuronale (I) (chromosome 12) Macrophagique (II) (chromosome 17) Endothéliale (III) (chromosome 7) Myr, Palm } NOS Endothéliale NOS Neuronale NOS Macrophagique: Inductible, directement active Constitutives, activées par Ca2+

Propriétés du NO Le NO : est un radical gazeux simple (demi-vie très courte) est soluble dans l’eau et dans les lipides (traverse les membranes, diffuse librement depuis son site de synthèse) peut se lier de façon covalente à différentes cibles moléculaires

Adapted from Fleming and Busse, J. Mol. Cell Cardiol. 1999, 31, 5-14 sGC + Cibles du NO

Principales fonctions du NO Neurones Fonctions cardiovasculaires: vasodilatation prévention de l’athérogenese prévention de la thrombogenèse effet inotrope - Macrophages Traitement de l’hypertension pulmonaire

Principaux facteurs libérés par l’endothélium Substances Vasoactives Vasodilatateurs Monoxyde d’azote (NO) EDHF Prostacyclines (PGI2) Bradykinine Acetylcholine, sérotonine, histamine, substance P, etc Vasoconstricteurs Endothéline Angiotensine II Thromboxane A2, acétylcholine, ac. arachidonic, prostaglandin H2, etc

Le Facteur Endothélial Hyperpolarisant: EDHF 2.5 0.5 30 0.6 20 3.0 cm mm aorta arteries arterioles Vena cava Veins Veinules Capillaries Q: flow R: resistance h: viscosity L: length r: radius P= Q . R R= h . L . 8 p . r4

Le Facteur Endothélial Hyperpolarisant: EDHF NO pathway EDHF Diameter Aorta microarteries

Le Facteur Endothélial Hyperpolarisant: EDHF Définition de la relaxation EDHF-dépendante: Associée à une hyperpolarisation membranaire Résistante aux inhibiteurs de NOS et de cyclooxygénase Pas associée à une augmentation des nucléotides cycliques (cGMP; cAMP) Hypothèses : métabolites du Cytochrome P450 : EET11,12? K+ ROS : H202 agoniste des réc. cannabinoïdes : anandamide ….. « Facts » : plus d ’un EDHF différent d ’un lit vasculaire à un autre, différent d ’une espèce à une autre (au sein d’un même lit vasculaire)

Le Facteur Endothélial Hyperpolarisant: EDHF

Principaux facteurs libérés par l’endothélium Substances Vasoactives Vasodilatateurs Monoxyde d’azote (NO) EDHF Prostacyclines (PGI2) Bradykinine Acetylcholine, sérotonine, histamine, substance P, etc Vasoconstricteurs Endothéline Angiotensine II Thromboxane A2, acétylcholine, ac. arachidonic, prostaglandin H2, etc

Les eicosanoïdes

Les eicosanoïdes Prostacyclines :PGI2 Thromboxanes : TXA2 Vasorelaxant myocytes , cellules endothéliales, cellules musculaires lisses PGHS EC = 20X PGHS CML relaxation cAMP-dépendante phénomène majoritaire dans la vasculature saine Thromboxanes : TXA2 Vasoconstricteur plaquettes et cellules endothéliales phénomène majoritaire en situation pathologique

Les eicosanoïdes et les situations pathologiques O2-. + NO ONOO- PGHS activity PGH2 TxA2 isoprostanes Lipid peroxydation PGI2 synthase NO PGH2/TxA2 Recepteur Vasoconstriction Vasorelaxation

Principaux facteurs libérés par l’endothélium Substances Vasoactives Vasodilatateurs Monoxyde d’azote (NO) EDHF Prostacyclines (PGI2) Bradykinine Acetylcholine, sérotonine, histamine, substance P, etc Vasoconstricteurs Endothéline Angiotensine II Thromboxane A2, acétylcholine, ac. arachidonic, prostaglandin H2, etc

L’endothéline: ET Peptide de 21 acides aminés 3 isoformes ET-1, ET-2 et ET-3 (ET-1 est l’endothéline majoritaire dans l’endothélium) 75 % de l ’endothéline sécrétée l’est dans l’espace abluminal vasoconstricteur endogène le plus puissant 100X plus puissant que l’adrénaline et 10 x plus puissant que l ’AngII réponse persistante rôle essentiellement lié aux situations pathologiques quand le feed-back négatif exercé par le NO est absent

L’endothéline: ET (+) (-) ET-1 Endothelial cell Promotor ET-1 gene Prepro ET-1 mRNA Prepro ET-1 (212aa) Pro ET-1 (38aa) ET-1 (21aa) Endothelial cell ET-1 Adapted from Vanhoutte, J. Aut. Nerv. Syst, 2000, 81, 271-277 Physiochemical stimuli: Hypoxia Shear Stress Osmolarity Peptides: Cytokines IL-1 TGFb Endotoxin Hormones: Epinephrine ATII Vasopressin Insulin Cortisol Xenobiotics: A23187 Cyclosporin Blood Components: Thrombin Glucose LDL cholesterol Inhibition: PGI2 PGE2 NO ANFa Heparin (-) (+) Endothelin converting enzyme

Dans la cellule musculaire lisse ETA Gq Gs ETB Gi contraction

Dans les vaisseaux ETB ETB ETA contraction relaxation

Principaux facteurs libérés par l’endothélium Substances Vasoactives Vasodilatateurs Monoxyde d’azote (NO) EDHF Prostacyclines (PGI2) Bradykinine Acetylcholine, sérotonine, histamine, substance P, etc Vasoconstricteurs Endothéline Angiotensine II Thromboxane A2, acétylcholine, ac. arachidonic, prostaglandin H2, etc

La sérotonine - 5HT 5-Hytroxytryptamine Amine vasoactive 90 %: entérochrom. (TGI) - 1-2%: CNC , neuro-transmetteur (appétit, soif, humeur, troubles t.q. dépression, schizophrénie…) - plaquettes -endothélium 7 récepteurs différents identifiés : la plupart sont couplés au protéines G sauf 1 (canal Na/K) favorise l’aggrégation plaquettaire (5HT2)

La sérotonine dans le système cardiovasculaire Dans la cellule musculaire lisse: récepteurs 5HT2 vasoconstriction Dans la cellule endothéliale: récepteurs 5HT1D libération de NO, EDHF, (PGI2) vasodilatation Effet vasoconstricteur : artères coronaires, rénales et pulmonaires Effet vénoconstricteur … engorgement des capillaires : flush

L’histamine Amine vasoactive mastocytes, leucocytes basophiles, SNC, SGI (cell. Enterochrom.), peau, ... Différents types de récepteurs (H1, H2, H3) Dans la cellule musculaire lisse: récepteurs H1 (PLC, IP3/DAG) contraction Dans la cellule endothéliale: récepteurs H1 (PLC, IP3/DAG) NO/EDHF dilation Médiateur important de la réaction inflammatoire: Triple réponse dilation de la microcirculation (rougeur) augmentation de la perméabilité capillaire (oedème) (stimulation de terminaisons nerveuses : douleur)

Le flux sanguin « s ’autorégule »…. Les cellules endothéliales sont soumises à différents stress mécaniques: gravité distension shear stress (forces de cisaillement exercées par le flux sanguin à la surface cellulaire), … R endothélium Les cellules endothéliales sont soumises à un shear stress basal (5-20 dyn/cm2) adaptation réponse si augmentation, diminution ou cessation du flux

} Shear Stress Réponses Cellulaires Mécano-senseurs Récepteurs VEGF intégrines Protéines G Canaux ioniques (K+, Cl-,..) Jonctions intercellulaires Lipides membranaires Réponses Cellulaires Mécano-senseurs } Phosphorylations: MAPK/JNK/Rho GTPase,... Cascades intracellulaires Transcription specifique de differents facteurs Expression de genes et de protéines Métabolique Humorale Structurelle Réponses Cellulaires

Shear stress Autorégulation du flux sanguin R M NO EDHF PGI2 Cellule musculaire endothélium M Sérotonine Histamine Angiotensine II Acétylcholine Vasopressine ATP Bradykinine …. Relaxation NO EDHF PGI2 …... Shear stress Dilatation

de nombreux facteurs synergiques ou antagonistes Conclusion La régulation locale du tonus vasculaire est un phénomène complexe qui résulte de l’interaction de nombreux facteurs synergiques ou antagonistes

s R Consequences…..

Dans la cellule endotheliale ETB Smooth muscle contraction Smooth muscle proliferation Platelet aggregation Endothelin production Monocyte and platelet adhesion Expression adhesion-molecules Oxidation of LDL