Impact of mechanical and oxidative stress on red blood cell properties in sickle cell disease

[Impact du stress mécanique et oxydatif sur les propriétés des globules rouges dans la drépanocytose] Le globule rouge est une cellule simple avec l’une des fonctions les plus importantes de l’organisme : participer aux échanges gazeux et fournir l’oxygène aux tissus. C'est un disque biconcave hautement élastique grâce à un réseau de protéines du cytosquelette et de protéines membranaires spécifiques. La fonction, ainsi que la structure des globules rouges sont altérées dans plusieurs pathologies humaines telles que les hémoglobinopathies et les anomalies de membrane. La drépanocytose est une maladie héréditaire génétique caractérisée par une hémoglobine anormale qui polymérise en conditions hypoxiques provoquant la déformation des globules rouges circulants. La drépanocytose se caractérise également par une anémie hémolytique chronique et des crises vaso-occlusives douloureuses dues à l'obstruction des capillaires.Dans le but de mieux comprendre les mécanismes responsables des manifestations cliniques, nous avons étudié les propriétés mécaniques et adhésives des globules rouges de patients atteints de drépanocytose en évaluant 1) l'impact de contraintes mécaniques répétées sur la survie des globules rouges à l'aide d'un appareil microfluidique qui mime la microcirculation et 2) le rôle du stress oxydant dans l'activation des protéines d'adhérence érythroïde.Nous avons conçu une puce microfluidique et montré que le stress mécanique est un paramètre critique sous-jacent à l'hémolyse intravasculaire dans la drépanocytose et que des taux intracellulaires élevés d'hémoglobine fœtale préviennent cette lyse. Outre ces résultats, nous avons constaté que le traitement à l'hydroxyurée protège les globules rouges de la lyse lors d'un stress mécanique, même en l'absence d'expression de l'hémoglobine fœtale. D'autre part, nous avons étudié la structure et la fonction de la protéine d'adhérence érythroïde Lu/BCAM dans des conditions oxydantes en utilisant des approches biochimiques et d'imagerie. Nous avons observé que le stress oxydant active la fonction adhésive de Lu/BCAM par des modifications post-traductionnelles qui modifient sa distribution membranaire. Nous décrivons un nouveau mécanisme qui affecte les interactions en cis de Lu/BCAM à la surface cellulaire et qui pourraient expliquer l'adhérence anormale des globules rouges à la laminine en l'absence d'événements de phosphorylation.En conclusion, nous avons développé un modèle microfluidique reproduisant les dimensions physiologiques des microvaisseaux humains, permettant d’évaluer les caractéristiques cellulaires jusque-là inexplorées dans la drépanocytose. Nous montrons que le stress mécanique répété est en partie responsable de l'hémolyse chez les patients atteints d'anémie falciforme, ce qui pourrait contribuer aux niveaux élevés de stress oxydant en raison de l'hème libre dans la circulation. Nos travaux démontrent l'importance de la dimension mécanique dans l’obstruction des capillaires et la contribution critique du stress oxydant dans l'adhérence anormale des globules rouges dans cette maladie. Améliorer la déformabilité des globules rouges et cibler le stress oxydant pour inhiber l'adhérence des globules rouges serait une stratégie prometteuse pour cibler les principales caractéristiques de cette pathologie et alléger le fardeau de la maladie.