Une approche de biologie des systèmes pour modéliser la réponse des cellules endothéliales aux rayonnements ionisants : implications en radiobiologie, radiopathologie et radioprotection Olivier GUIPAUD Laboratoire de Recherche en Radiobiologie et Radiopathologie (L3R) Congrès National de Radioprotection - SFRP 16 juin 2015
Endothélium vasculaire Tonus vasculaire? Angiogenèse Coagulation Activité des plaquettes Perte d intégrité, dysfonction Inflammation Adhésion des leucocytes? Lésions tissulaires Séquelles des radiothérapies (tissus sains) 2
Rôle de l endothélium dans les effets aigus radio-induits HES / TUNEL CD31/ TUNEL Paris et al., 2001; Kolesnick and Fuks, 2003 3
Rôle de l endothélium dans les effets tardifs radio-induits HIF1a PAI-1 Système CreLox Souris KO HIF1a endothélium-spécifique 19 Gy 60 Co Survie Lésions tardives intestinales Souris KO PAI-1 endothélium-spécifique CTRL sham-ir KO HIF1a endo CTRL CTRL KO HIF1a endo CTRL KO PAI-1 endo Toullec et al. Rannou et al. 4
Rôle de l endothélium vasculaire dans les séquelles des RT COMPRENDRE LES MÉCANISMES MODÉLISER Perte d intégrité, dysfonction CRITERES POUR MESURES D EBR PRÉDIRE MITIGER TRAITER Lésions tissulaires Séquelles des radiothérapies (tissus sains) 5
Modéliser la réponse de l endothélium aux RI : -> Modèle et acquisition de données 2 et 20 Gy (Cs137) HUVECs Cellules endothéliales humaines primaires in vitro précoce 0 tardif 0.5 1 2 3 4 7 14 21 Jours Données haut-débit Outils omiques 6
Modéliser la réponse de l endothélium aux RI : -> Analyse bio-informatique globale et identification de nœuds moléculaires Outils mathématiques, statistiques et bio-informatiques 1 - Inférence des réseaux 2 - Analyse différentielle 3 Analyse des perturbations Signature Modèle dynamique probabiliste multi-niveau intégrant la connaissance scientifique Réduction de la dimension : identifier les sous-réseaux et les nœuds clés Identifications des acteurs clés Signature moléculaire de la réponse des cellules endothéliales aux rayonnements ionisants Acteurs modulés précocement et qui influent sur le phénotype tardif précoce tardif 7
Premiers résultats Secrétion +++ Protéomique 2000 à 3000 protéines quantifiées et identifiées par temps d analyse 2D-DIGE-MS/MS Signalisation +++ ITRAQ-MS/MS Transcriptomique 400 gènes mesurés par temps d analyse qpcr 8
Conclusions et perspectives COMPRENDRE LES MÉCANISMES Radiobiologie Radioprotection SIGNATURE Perte d intégrité, dysfonction CRITERES POUR MESURES D EBR PRÉDIRE MITIGER TRAITER Lésions tissulaires Radiopathologie Séquelles des radiothérapies (tissus sains) 9
Remerciements L3R Laboratoire de Recherche en Radiobiologie et Radiopathologie Fabien Milliat Valérie Buard Agnès François Céline Loinard Georges Tarlet Vincent Paget Post-Doc et Doctorants Cyprien Jaillet Jérémy Lavigne Elodie Mintet Aurore Toullec Emilie Rannou Sonia Selbonne Markus Heinonen Support GGP Radioprotection Collaborations Protéomique Protéomique et Phospho-protéomique Glycomique Métabolomique Modèles mathématiques Joëlle Vinh ESPCI-Tech Philippe Chan, David Vaudry Université de Rouen Marie-Christine Slomianny, Jean-Claude Michalsky, Fabrice Allain, Willy Morelle Université de Lille Plateforme CRIBIOM Université d Aix-Marseille Florence D Alché-Buc Université d Evry Gilles Wainrib ENS-Paris 10
Merci de votre attention 11
Modéliser la réponse de l endothélium aux RI : -> Validation de la signature moléculaire Cs137 2 Gy 5 Gy 10 Gy 20 Gy 5 x 2 Gy 10 x 2 Gy HUVEC Human Umbilical Vein Endothelial Cells HIMEC Human Intestinal Microvascular Endothelial Cells HMVEC-L Human Microvascular Endothelial Cells from Lung HMVEC-D Human Dermal Microvascular Endothelial Cells 0 0.5 1 2 3 4 7 14 21 Jours Signature Outils de biologie moléculaire 12
Modéliser la réponse de l endothélium aux RI : -> Validation fonctionnelle de la signature moléculaire Outils de biologie moléculaire Fonction Stratégie expérimentale Outils Inhibition Adhésion / Rolling Interactions statiques et dynamiques avec les cellules circulantes Microscopie intravitale en fluorescence Chimiotactisme Expression des chimiokines et tests fonctionnels Co-cultures Mesures en multiplex? Signature Intégrité des cellules (mort/survie) Imagerie couplée à la cytométrie de flux Système de cytométrie FlowSight Imaging Surexpression Perte et gain de fonction Signature moléculaire Perturbation du réseau Expression des gènes et protéines Signature moléculaire qpcr Quantification des protéines 13
Pour continuer : acquérir, analyser, intégrer et modéliser les données multimulti-échelles temporelles Heinonen et al., Bioinformatics, 2015 Dynamique des réseaux Robustesse des réseaux Signature moléculaire - Mécanismes - Outils - Cibles thérapeutiques précoce tardif 14