contrôle local du tonus vasculaire par l’endothélium

Contrôle local du tonus vasculaire par Contrôle local du tonus vasculaire par l’endothéliuml’endothélium

L’endothélium vasculaire est un organe

couche monocellulaire la plus interne au vaisseau

L’endothélium vasculaire est un organe

Photograph Carl J. Pepine, MDSurface: 4-6 terrains de tennis

Masse: 1.5 - 1.8 kg

1 X 1012 cellules

• Régulation du tonus vasculaire

• Régulation de la perméabilite vasculaire

• Régulation de l’interaction paroi

vasculaire/leucocytes, plaquettes

• Remodelling vasculaire

Principales fonctions de l’endothélium

Endothélium sain

Endothélium dysfonctionnel(adhesion de fibrine et plaquettes)

ConstrictionPromotion de la croissance

ProthrombotiqueProinflammatoire

Pro-oxydant

DilatationInhibition de la croissance

Anti-thrombotiqueAnti-inflammatoire

Anti-oxydant

L’endothélium est le garant de la « santé » du vaisseau

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

Médiateurs et modulateursde la croissance

• promoteurs: O2-., AngII, ET• inhibiteurs: CNP, NO

Médiateurs et modulateursde l’inflammation

Hémostase et facteurs

thrombolytiques

• promoteurs: O2-., TNF• inhibiteurs: NO

• tPA

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

Médiateurs intracellulaires de la relaxation

• Activation de canaux potassiques - Hyperpolarisation membranaire:

diminution de la [Ca2+]cyt

• cGMP : Diminution de la [Ca2+]cyt

Diminution de la sensibilité des protéines contractiles au Ca2+

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

• 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

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

Principaux facteurs libérés par l’endothélium

Furchgott ’s sandwich

Copyright © 1998: The Nobel Committee for Physiology or Medicine at the Karolinska Institute, SE-171 77 Stockholm, Sweden

Le monoxyde d ’azote ou NO

Découverte d ’un facteur relaxant libéré par

l ’endothélium: l ’EDRF

Furchgott ’s sandwich

Ignarro’s spectral analysis

Copyright © 1998: The Nobel Committee for Physiology or Medicine at the Karolinska Institute, SE-171 77 Stockholm, Sweden

L ’EDRF est du NO

Furchgott ’s sandwich

Ignarro’s spectral analysis

Murad ’s enzyme activation

Copyright © 1998: The Nobel Committee for Physiology or Medicine at the Karolinska Institute, SE-171 77 Stockholm, Sweden

Le NO active la guanylate cyclase

NADPH CaM Heme

Domaine oxygénase

L-Arginine + O2

L-Citrulline + NO.

Cellule endothéliale

cGMP

Relaxation

Cellule musculai

re

Domaine réductase

La NO synthase

FAD FMN

Les NO synthases

Myr, Palm

L-arginine

Neuronale (I)(chromosome 12)

Macrophagique (II)(chromosome 17)

Endothéliale (III)(chromosome 7)

FMN FADCofacteursTHB

Heme

NOS EndothélialeNOS Neuronale

NOS Macrophagique: Inductible, directement active

Constitutives, activées par Ca2+

Calmoduline NADPH

}

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

Macrophages

Traitement de l’hypertension pulmonaire

Fonctions cardiovasculaires:• vasodilatation• prévention de l’athérogenese• prévention de la thrombogenèse• effet inotrope -

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

Le Facteur Endothélial Hyperpolarisant: EDHF

2.5 0.5 30 0.6 20 0.5 3.0cm cm cm cmm m m

aorta arteries

arterioles

Vena cava

VeinsVeinules

Capillaries

Q: flowR: resistance: viscosityL: lengthr: radius

P= Q . R

R= . L . 8. r4

NO pathway

EDHF pathway

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

Le Facteur Endothélial Hyperpolarisant: EDHF

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

Les eicosanoïdes

Prostacyclines :PGI2

• 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

Les eicosanoïdes et les situations pathologiques

O2-. + NO

ONOO-PGHS activityPGH2TxA2

isoprostanes

Lipid peroxydation

PGI2 synthase

PGH2/TxA2 Recepteur

Vasoconstriction

Vasorelaxation

NO

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

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

Promotor ET-1 gene

Prepro ET-1 mRNA

Prepro ET-1 (212aa)

Pro ET-1 (38aa)

ET-1 (21aa)Endothelial cell

ET-1Adapted from Vanhoutte, J. Aut. Nerv. Syst, 2000, 81, 271-277

Physiochemical stimuli:HypoxiaShear StressOsmolarity

Peptides:CytokinesIL-1TGFEndotoxin

Hormones:EpinephrineATIIVasopressinInsulinCortisol

Xenobiotics:A23187Cyclosporin Blood Components:

ThrombinGlucoseLDL cholesterol

Inhibition:PGI2PGE2NOANFaHeparin

(-)

(+)(+)(+)

(+)

(+)

Endothelin converting enzyme

Endothelin converting enzyme

(+)

(+)

Dans la cellule musculaire lisse

ETA

GqGs

ETB

Gi Gq

contraction

Dans les vaisseaux

ETA

ETB

ETB

contraction

relaxation

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

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), …

Rendothélium

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

Cascades intracellulaires

Transcription specifique de differents facteurs

Expression de genes et de protéines

Phosphorylations:MAPK/JNK/Rho GTPase,...

Récepteurs VEGFintégrinesProtéines GCanaux ioniques (K+, Cl-,..)Jonctions intercellulairesLipides membranaires

Mécano-senseurs

Réponses CellulairesMétaboliqueHumoraleStructurelle

}

Autorégulation du flux sanguin

Shearstress

• Sérotonine• Histamine• Angiotensine II• Acétylcholine• Vasopressine• ATP• Bradykinine• ….

NOEDHFPGI2

…...

R

Dilatation

Relaxation

endothélium Cellule musculaireM

Conclusion

La régulation locale du tonus vasculaire est un phénomène complexe qui résulte de l’interaction

de nombreux facteurs synergiques ou antagonistes

R

Consequences…..

Dans la cellule endotheliale

ETB

Smooth muscle contraction

Smooth muscle proliferation

Platelet aggregation

Endothelin

productionMonocyte and

platelet adhesion

Expression adhesion-molecules

Oxidation of LDL