L'accélération de la rigidité vasculaire associée au diabète de type 1 : implication de la protéine Gla de la matrice

L'hypertension systolique isolée (HSI), amenée par une augmentation de la rigidité vasculaire, est la forme d'hypertension la plus fréquente chez les personnes âgées de plus de 60 ans. L'augmentation de la rigidité vasculaire, causée en partie par la calcification aortique médiale, est accélérée de 15 ans chez les diabétiques. Il est suggéré que la calcification aortique serait responsable de la résistance aux agents antihypertenseurs chez les patients souffrant d'HSI, d'où la nécessité de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant la calcification artérielle.  La protéine Gla de la matrice (MGP) est une protéine anti-calcifiante dépendante de la vitamine K, qui doit être γ-carboxylée pour être active. Deux enzymes sont responsables de la γ-carboxylation, soit la γ-glutamyl-carboxylase et la vitamine K époxyde réductase (VKOR). Plusieurs études récentes ont indiqué que la calcification vasculaire semblait être associée à une réduction de la γ-carboxylation de la MGP, et à un déficit en vitamine K. La modulation de l'expression et/ou de l'activité de la γ-carboxylase et de la VKOR et l'impact de cette modulation sur la γ-carboxylation de la MGP en présence de diabète n'est pas connue.  L'objectif principal de cette thèse était de déterminer les mécanismes impliqués dans l'accélération de la rigidité artérielle causée par la calcification des gros troncs artériels dans le diabète. Nous avons ainsi confirmé, dans un modèle animal de rigidité artérielle en présence de diabète de type 1, que la γ-carboxylation de la MGP était bel et bien altérée au niveau aortique. En fait, nous avons démontré que la quantité de MGP active (i.e. MGP γ-carboxylée, cMGP) au sein de la paroi vasculaire est diminuée significativement. Parallèlement, l'expression de la γ-carboxylase était diminuée de façon importante, alors que ni l'expression ni l'activité de la VKOR n'étaient modifiées.  La diminution de l'expression de la γ-carboxylase a pu être reproduite dans un modèle ex vivo d'hyperglycémie. À l'aide de ce modèle, nous avons démontré que la supplémentation en vitamine K dans le milieu de culture prévenait la diminution de l'expression de la γ-carboxylase, alors que les animaux diabétiques de notre modèle in vivo avaient des concentrations plasmatiques de vitamine K pratiquement triplées. D'autre part, l'étude des voies de signalisation impliquées a révélé que la voie PKCβ pourrait être responsable de l'altération de la γ-carboxylase. Ces résultats génèrent de nouvelles pistes de réflexion et de nouvelles idées de recherche. Par exemple, il serait important de vérifier  l'effet de la supplémentation en vitamine K dans le modèle animal de rigidité artérielle en présence de diabète pour évaluer l'effet sur la γ-carboxylation de la MGP et par le fait même, sur la calcification vasculaire. De plus, l'évaluation de l'effet de l'administration de molécules ciblant la voie PKC chez ce même modèle animal permettrait de déterminer leur impact sur le développement de la calcification vasculaire et d'évaluer leur potentiel thérapeutique. Selon les résultats de ces études, de nouvelles options pourraient alors être à notre disposition pour prévenir ou traiter la calcification artérielle médiale associée au diabète, ce qui aurait pour effet de ralentir le développement de la rigidité artérielle et d'ainsi diminuer le risque cardiovasculaire associé à l'HSI. Arterial stiffness contributes to the development of isolated systolic hypertension (ISH), the most prevalent form of hypertension in the elderly. Arterial stiffness, due in part to the calcification of large arteries, is accelerated by 15 years in diabetic patients. It is suggested that vascular calcification could be responsible for the resistance to anti-hypertensive agents in patients suffering from ISH, emphasizing the need of developing new therapies directly targeting vascular calcification.  The matrix Gla protein (MGP) is a vitamin K-dependent secretory protein post-transtionnaly modified by the enzyme γ-glutamyl-carboxylase. This post-translational modification renders MGP active, i.e. able to inhibit vascular calcification (cMGP). Another enzyme, the vitamin K oxidoreductase (VKOR) is necessary to ensure the recycling of vitamin K from the epoxide to hydroquinone, the form used by the γ-carboxylase. Recent studies have shown that vascular calcification is associated with increased levels of under-carboxylated MGP (ucMGP), and vitamin K deficiency. However, the modulation of the expression or the activity of the enzymes involved in γ-carboxylation, as well as the impact of this modulation is currently unknown. The goal of this research project was to study the mechanisms involved in the accelerated development of arterial stiffness in diabetes due to increased vascular calcification of large arteries. In a rat model of type 1 diabetes with increased arterial stiffness, we demonstrated that aortic MGP γ-carboxylation was altered. In fact, the amount of active MGP was reduced in the arterial wall, coupled with a marked reduction of γ-carboxylase expression. However, neither VKOR expression nor activity was modified.  This alteration of the γ-carboxylase was reproduced in an ex vivo model of hyperglycemia. In this model, vitamin K supplementation prevented the reduction of γ-carboxylase expression, whereas surprisingly, plasma levels of vitamin K were increased in diabetic rats compared to controls. The PKC signaling pathway has been identified as the pathway involved in the γ-carboxylase alteration. Our results provide multiple new research ideas. For instance, it would be important to study the effect of vitamin K supplementation in an animal model of diabetes-associated arterial stiffness, to gain insight into its impact on γ-carboxylase and MGP γ-carboxylation, and ultimately on vascular calcification. Moreover, it would be very interesting to determine the effect of molecules affecting the PKC pathway on vascular calcification in this model, which would allow for a better understanding of their therapeutic potential. Depending on the results of these experiments, we could have at our disposition new therapeutic options to prevent and treat vascular calcification, which would have the potential to slow down the acceleration of arterial stiffness in diabetic patients and reduce the cardiovascular risk associated with ISH.

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