La diminution du débit cardiaque gauche chez les agneaux fœtaux provoque une hypoplasie du cœur gauche et des pro

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 770 (2023) Citer cet article

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Un faible flux sanguin dans le cœur gauche du fœtus est souvent considéré comme une étiologie du syndrome hypoplasique du cœur gauche (HLHS). Pour déterminer si une diminution du débit cardiaque gauche entraîne un retard de croissance, nous générons une obstruction de l'afflux ventriculaire gauche (LVIO) chez les agneaux fœtaux en milieu de gestation en implantant des spirales dans leur oreillette gauche à l'aide d'une technique percutanée guidée par échographie. Un LVIO significatif récapitule les caractéristiques cliniques importantes du HLHS : diminution du débit valvulaire aortique antérograde, perfusion rétrograde compensatoire du cerveau et de l'aorte ascendante (AAo) à partir du canal artériel, hypoplasie sévère du cœur gauche, VG sans formation d'apex et couche endocardique épaissie. Les AAO hypoplasiques ont des paires de gènes miARN annotant la prolifération cellulaire qui sont exprimées de manière inversement différentielle par le séquençage d'ARN en vrac. La séquence d'ARN mononucléaire du myocarde hypoplasique du VG montre une augmentation du nombre de fibroblastes avec une diminution réciproque des proportions de noyaux de cardiomyocytes. Les fibroblastes, les cardiomyocytes et les cellules endothéliales du myocarde hypoplasique présentent une expression accrue des composants de la matrice extracellulaire ou des gènes de fibrose avec une signalisation dérégulée du facteur de croissance des fibroblastes. Par conséquent, une réduction sévère et soutenue (~ 1/3 de la gestation) du débit cardiaque gauche fœtal est suffisante pour provoquer une hypoplasie cardiaque gauche. Ceci s'accompagne de changements dans la composition cellulaire et l'expression des gènes compatibles avec un environnement pro-fibrotique et une induction aberrante de programmes mésenchymateux.

L'hypoplasie ventriculaire gauche (VG) est une composante de nombreuses formes de cardiopathie congénitale. Dans sa forme la plus grave, le syndrome hypoplasique du cœur gauche (HLHS), toutes les structures cardiaques gauches sont minuscules et ne peuvent pas soutenir la circulation systémique. Malgré la chirurgie reconstructive, les résultats cliniques du HLHS ne sont pas optimaux : survie de 64 % ou 74 % à 1 an1 et de 59 % ou 64 % à 6 ans2, selon le type de chirurgie. Seulement environ 50 % des patients atteints de HLHS atteignent l’âge de 18 ans et, au début de l’âge adulte, sont confrontés à de multiples défis, notamment l’insuffisance cardiaque3.

L'étiologie de l'hypoplasie du VG reste incertaine et est probablement hétérogène. Chez certains fœtus, une hypoplasie du VG peut devenir apparente après la fin de la cardiogenèse, marquée par la fermeture de la cloison ventriculaire à 9,1 semaines de gestation humaine (stade Carnegie 22). Dans le contexte spécifique du HLHS, l'apparition d'un retard de croissance du VG après la cardiogenèse est étayée par l'observation selon laquelle une cloison ventriculaire intacte se retrouve dans le schéma anatomique le plus courant du HLHS (sténose ou atrésie des valvules aortique et/ou mitrale)4, 5,6, et que la progression d'une sténose aortique fœtale sévère vers un HLHS a été documentée à plusieurs reprises au cours du deuxième ou du troisième trimestre de la grossesse7. La conséquence hémodynamique de la fermeture de la cloison ventriculaire est que le remplissage fœtal du VG devient plus précaire : il dépend entièrement du débit à travers la valve auriculo-ventriculaire gauche et ne peut plus être compensé par le débit à travers la cloison ventriculaire.

On a émis l’hypothèse que les forces hémodynamiques jouent un rôle dans l’étiologie du HLHS et des modèles animaux ont démontré que le flux sanguin affecte le développement et la croissance des structures cardiovasculaires. Une diminution de 70 % du débit de l’artère carotide du lapin sur 2 semaines a entraîné une diminution du diamètre dépendante de l’endothélium et résistante à la vasodilatation8. Chez les embryons de poisson zèbre, l’obstruction de l’entrée ou de la sortie ventriculaire a eu des effets profonds sur la morphogenèse cardiaque, notamment la formation de valvules et la différenciation des chambres ; un retard de croissance distal a été attribué à des forces de cisaillement plus faibles sur les cellules endocardiques9. Chez les premiers embryons de poulet, la ligature unilatérale de la veine vitelline a entraîné des malformations structurelles des artères de l'arc pharyngé et du cœur10,11,12. L'anomalie cardiaque qui en résulte, le plus souvent une anomalie de la cloison ventriculaire ou des valvules semi-lunaires, dépend de l'ampleur de la réduction du débit13. Chez les embryons de poulet plus âgés après la cardiogenèse, l’obstruction de l’afflux du cœur gauche a entraîné une diminution de la croissance cardiaque14.

0.88 for AAo and >0.91 for LV). We also noticed between-sample variation, which may outweigh effects from the coiling for some samples (Fig. S6) and may be related to some samples having low RNA integrity numbers (RIN). After removing outliers, we identified 64 significantly upregulated, and 85 downregulated genes in AAo (Figure S7a; upregulation refers to higher expression in coiled fetuses). Pathway analyses of significantly differentially expressed genes revealed enrichment for cellular components of the cell periphery (p = 0.022) and plasma membrane (p = 0.029; Supplementary Data 1). Additionally, we identified 4 upregulated miRNAs in AAo (Fig. S8a). For three of those miRNAs, we found significantly downregulated target genes (Fig. S8b), including genes involved in cell growth and proliferation (DDIT4, HS6ST2) and cell adhesion (NRXN3, IGFS3, HS6ST2). For the LV, we discovered 4 significantly upregulated, and 13 downregulated genes (Fig. S7b), enriched for brown fat cell differentiation processes. We also identified 4 upregulated and 7 downregulated miRNAs (Fig. S9a). Among the top upregulated miRNAs was miR-15a-5p. In mice, overexpression of miR‐15 family members was associated with cardiomyocyte cell cycle withdrawal and smaller heart size33. Two upregulated miRNAs had significantly downregulated target genes, and three downregulated miRNAs had significantly upregulated target genes (Fig. S9b). Additional “novel” miRNAs in AAo and LV could not be matched with their respective orthologues and were therefore not evaluated. While the low RIN values necessitate cautious interpretations, we found differentially expressed miRNAs and target genes associated with cell growth, proliferation and adhesion. However, we could not attribute changes to specific cell types or biological pathways./p>

1 and false discovery rate (FDR)-adjusted p-value < 0.05). Briefly, small RNA-seq reads had adapter sequences trimmed with the BBMap suite to keep reads with fewer than 23 nucleotides after trimming. Reads were aligned to the OviAri4 genome and Oar_v4.0 annotation using miRDeep2./p> 1, FDR-adjusted p-value < 0.05; Supplementary Data 1) for treatment – control within each tissue using DESeq2 (v 1.30.1)63. Shrunken log2FCs were calculated with “normal” shrinkage estimator. Mature sequences of DE novel miRNAs were used to identify known miRNA homologs based on sequence similarity in other species with “Single sequence search” function on miRBase (v22.1) with SSEARCH search method./p>

5 and UMAP_2 < 6. We measured pseudotime trajectories with Slingshot74, with stretch = 0 and extension = “n”. We used clusters 10, 2, and 15 as the start clusters for the cardiomyocyte, fibroblast, and endothelial clusters, respectively. First, we removed genes that were not designated with a gene symbol. We then used the tradeSeq75 package to estimate the minimum number of appropriate knots with the “evaluateK”75 function before fitting a negative-binomial general additive model (nb-GAM) for each gene with the “fitGAM”75 function. The 5,000 most variable genes also had nb-GAM’s fitted in each condition to allow for differences in expression between conditions along pseudotime. We identified genes whose expression is associated with pseudotime using the “associationTest” function75, and genes that were differentially expressed between conditions using the “conditionTest”. We corrected p-values returned with these functions using a false-discovery rate (cut-off: FDR-adjusted p-value < 0.05). We then generated pseudotime heatmaps of associated and differentially expressed genes by predicting smoothers for each gene using the “predictSmooth”75 function. Smoothers were scaled and then plotted with the pheatmap function. We completed pathway enrichment of these associated and differentially expressed genes using the following command:76 gprofiler(genes,”hsapiens”, ordered = TRUE, src_filter = c(“GO:BP”, “REAC”, “KEGG”), custom_bg = detected_genes, correction_method = “fdr”)77 and plotted with ggplot2./p>