L’endothélium vasculaire, interface dynamique entre le sang et la paroi des vaisseaux, joue un rôle essentiel dans le maintien de l’homéostasie vasculaire grâce à ses fonctions anti-inflammatoires, antithrombotiques et anticoagulantes, qui assurent l’intégrité de la barrière endothéliale. Une exposition excessive à des médiateurs inflammatoires peut induire une dysfonction endothéliale caractérisée par l’acquisition d’un phénotype pro-inflammatoire et pro-thrombotique, favorisant l’expression de molécules d’adhésion, un recrutement accru des leucocytes et des plaquettes, et l’activation de la cascade de coagulation. La dysfonction endothéliale constitue ainsi un déterminant majeur de la sévérité des pathologies thrombo-inflammatoires telles que l’AVC ou le sepsis. Une meilleure compréhension de ces mécanismes pourrait ouvrir la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à préserver l’intégrité vasculaire.
La phosphoinositide 3-kinase de classe II bêta (PI3KC2β) est une lipide kinase impliquée dans la régulation du trafic endosomal. Des travaux antérieurs de l’équipe ont montré que son inactivation chez la souris préserve l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique dans un contexte d’AVC. En perturbant le trafic endosomal, son inactivation favorise le recyclage de la VE-cadhérine vers la membrane plasmique, stabilisant ainsi les jonctions endothéliales et limitant l’inflammation. Cependant, son mode d’action restait largement méconnu.
L’objectif de ce travail de thèse a été d'étudier l'impact de l'inactivation de la PI3KC2β sur la dysfonction endothéliale et de déterminer si les effets protecteurs observés dans la microcirculation cérébrale pouvaient être étendus à d’autres lits vasculaires et contextes thrombo-inflammatoires.
Les analyses transcriptomiques révèlent que l’invalidation de la PI3KC2β diminue l’expression de gènes impliqués dans l’inflammation induite par le TNFα dans les cellules endothéliales. Son invalidation altère la signalisation déclenchée par plusieurs cytokines pro-inflammatoires, notamment le TNFα, l’IL-1β et l’IL-6, et en particulier la voie NF-κB, acteur central de la réponse inflammatoire. Ces résultats sont corrélés à une réduction de l’expression des molécules d’adhésion essentielles au recrutement des leucocytes. Des expériences de réversion du phénotype par réexpression de la PI3KC2β ou par ajout de PI3P perméant montrent que l’altération de la signalisation semble indépendante de son activité lipide kinase. Cette perturbation de la signalisation pourrait être liée à un défaut du trafic intracellulaire des récepteurs aux cytokines et de leur signalisation endosomale. Afin d’étudier in vivo les conséquences de cette dérégulation sur le dialogue entre endothélium et cellules circulantes, des souris exprimant une forme catalytiquement inactive de la PI3KC2β ont été soumises à deux modèles de dysfonction endothéliale. Les résultats obtenus par microscopie intravitale au niveau du crémaster montrent que l’inactivation de la PI3KC2β réduit significativement le recrutement des neutrophiles et des plaquettes à la surface de l’endothélium, diminue l’expression d’ICAM-1 ainsi que le dépôt de fibrine, produit terminal de la cascade de coagulation. Ces observations démontrent que l’inhibition de la PI3KC2β préserve les propriétés anti-inflammatoires et anti-thrombotiques de l’endothélium. Enfin, ces effets protecteurs sont également observés dans un modèle murin de sepsis polymicrobien avec une amélioration de l’état clinique, une réduction de l’inflammation systémique, de la perméabilité vasculaire et de l’infiltration des neutrophiles dans les poumons et le foie.
Dans leur ensemble, ces résultats identifient la PI3KC2β comme un régulateur majeur de l’activation endothéliale et suggèrent que son inhibition pourrait constituer une stratégie thérapeutique prometteuse pour limiter les complications thrombo-inflammatoires dans diverses pathologies et lits vasculaires.
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The vascular endothelium, a dynamic interface between circulating blood and the vessel wall, plays a pivotal role in maintaining vascular homeostasis through its anti-inflammatory, antithrombotic, and anticoagulant functions, thereby preserving endothelial barrier integrity. Excessive exposure to inflammatory mediators can induce endothelial dysfunction, characterized by the acquisition of a pro-inflammatory and prothrombotic phenotype that promotes the expression of adhesion molecules, increased leukocyte and platelet recruitment, and activation of the coagulation cascade. Endothelial dysfunction is therefore a major determinant of disease severity in thrombo-inflammatory conditions such as stroke and sepsis. A better understanding of the underlying mechanisms may pave the way for the development of novel therapeutic strategies aimed at preserving vascular integrity.
Class II beta phosphoinositide 3-kinase (PI3KC2β) is a lipid kinase involved in the regulation of endosomal trafficking. Previous work from our group demonstrated that its inactivation in mice preserves blood–brain barrier integrity following ischemic stroke. By disrupting endosomal trafficking, PI3KC2β inactivation promotes VE-cadherin recycling to the plasma membrane, thereby stabilizing endothelial junctions and limiting inflammation. However, the molecular mechanisms underlying these protective effects remained largely unknown.
The aim of this thesis was to investigate the impact of PI3KC2β inactivation on endothelial dysfunction and to determine whether the protective effects observed in the cerebral microcirculation could be extended to other vascular beds and thrombo-inflammatory conditions.
Transcriptomic analyses revealed that PI3KC2β inactivation attenuates the expression of genes involved in TNFα-induced inflammatory responses in endothelial cells. Loss of PI3KC2β impaired signaling triggered by several pro-inflammatory cytokines, including TNFα, IL-1β, and IL-6, with a marked effect on the NF-κB pathway, a central regulator of inflammation. These findings correlated with reduced expression of adhesion molecules required for leukocyte recruitment. Phenotype rescue experiments based on PI3KC2β re-expression or supplementation with cell-permeable PI3P demonstrated that the signaling defects were independent of its lipid kinase activity. This alteration in signaling may result from defective intracellular trafficking of cytokine receptors and impaired endosomal signaling. To investigate in vivo the consequences of this dysregulation on endothelial interactions with circulating blood cells, mice expressing a catalytically inactive form of PI3KC2β were subjected to two models of endothelial dysfunction. Intravital microscopy analyses performed in the cremaster microcirculation showed that PI3KC2β inactivation significantly reduced neutrophil and platelet recruitment to the endothelial surface, decreased ICAM-1 expression, and limited fibrin deposition, the final product of the coagulation cascade. These observations demonstrate that PI3KC2β inactivation preserves the anti-inflammatory and antithrombotic properties of the endothelium. Importantly, these protective effects were also observed in a murine model of polymicrobial sepsis, resulting in improved clinical status and reduced systemic inflammation, vascular permeability, and neutrophil infiltration in the lungs and liver.
Collectively, these findings identify PI3KC2β as a major regulator of endothelial activation and suggest that its inhibition may represent a promising therapeutic strategy to limit thrombo-inflammatory complications across a broad range of diseases and vascular beds.
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