La perte de KDM5B améliore la fibrose cardiaque pathologique et le dysfonctionnement en améliorant épigénétiquement l'expression d'ATF3

Experimental & Molecular Medicine volume 54, pages 2175–2187 (2022)Citer cet article

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Une fibrose cardiaque excessive est au cœur d'un remodelage cardiaque indésirable et d'un dysfonctionnement entraînant une insuffisance cardiaque dans de nombreuses maladies cardiaques. La méthylation des histones joue un rôle crucial dans divers événements physiopathologiques. Cependant, le rôle des enzymes de modification de la méthylation des histones dans la fibrose cardiaque pathologique doit être pleinement élucidé. Ici, nous avons identifié la lysine déméthylase 5B (KDM5B), une histone H3K4me2/me3 déméthylase, comme médiateur épigénétique clé de la fibrose cardiaque pathologique. L'expression de KDM5B a été régulée positivement dans les fibroblastes cardiaques et les tissus myocardiques en réponse à un stress pathologique. Le déficit en KDM5B a nettement amélioré la fibrose cardiaque, amélioré la fonction cardiaque et empêché le remodelage cardiaque indésirable après un infarctus du myocarde (IM) ou une surcharge de pression. Le traitement knock-out ou inhibiteur de KDM5B a limité la transition des fibroblastes cardiaques en myofibroblastes profibrogéniques et a supprimé les réponses fibrotiques. Le déficit en KDM5B a également facilité la transformation des fibroblastes cardiaques en cellules de type endothélial et favorisé l'angiogenèse en réponse à une lésion myocardique. Mécaniquement, KDM5B s'est lié au promoteur de l'activation du facteur de transcription 3 (Atf3), un régulateur antifibrotique de la fibrose cardiaque, et a inhibé l'expression de l'ATF3 en déméthylant la modification H3K4me2/3 activée, entraînant une activation accrue de la signalisation TGF-β et une expression excessive de gènes profibrotiques. Notre étude indique que KDM5B entraîne une fibrose cardiaque pathologique et représente une cible candidate pour une intervention dans le dysfonctionnement cardiaque et l'insuffisance cardiaque.

Les cardiopathies ischémiques et hypertrophiques, qui sont les deux principales maladies cardiovasculaires entraînant une insuffisance cardiaque, partagent la caractéristique pathologique commune d'un remodelage cardiaque indésirable. La fibrose cardiaque est la manifestation caractéristique essentielle du remodelage cardiaque indésirable induit par les agressions cardiaques, qui peut être déclenchée par l'ischémie, la surcharge hémodynamique, l'activation neurohumorale et les cytokines1. La fibrose cardiaque est typiquement caractérisée par la suractivation et la prolifération excessive des myofibroblastes, ce qui perturbe l'équilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines de la matrice extracellulaire2. Bien qu'une fibrose appropriée soit bénéfique pour maintenir la structure cardiaque afin de prévenir la rupture cardiaque dans certaines conditions, telles que l'infarctus du myocarde (IM), la réponse fibrotique suractivée provoque un dépôt excessif de fibres de collagène dans le myocarde localisé ou entier pour modifier l'architecture myocardique et diminuer la compliance myocardique, entraînant le développement d'un dysfonctionnement cardiaque, d'arythmies et d'une insuffisance cardiaque3,4. Une grande quantité de littérature démontre que la fibrose cardiaque pathologique représente une voie principale médiant les résultats cliniques dans l'insuffisance cardiaque pour les patients qui sont exposés à des événements de stress cardiaque ischémiques et non ischémiques5. Cependant, une approche thérapeutique efficace pour la fibrose cardiaque est très limitée, ce qui nous pousse à explorer davantage les mécanismes clés sous-jacents à la fibrose cardiaque pathologique.

Parmi les multiples types de cellules du cœur, les fibroblastes résidents cardiaques sont considérés comme les sources les plus prédominantes de myofibroblastes, représentant environ 11 % du nombre total de cellules dans le cœur de souris adulte6,7. Dans des conditions physiologiques normales, les fibroblastes sont dans un état quiescent. Cependant, dans le cœur blessé, les fibroblastes se transdifférencient en myofibroblastes activés et contribuent de manière significative au remodelage cardiaque en réponse à de multiples stress pathologiques8. Outre la médiation de la fibrose cardiaque, les fibroblastes peuvent également remodeler le cœur altéré dans certaines circonstances. Par exemple, des études antérieures ont montré que les fibroblastes peuvent adopter un phénotype endothélial et favoriser l'angiogenèse pour réparer le cœur blessé9,10. Par conséquent, la régulation précise du devenir des fibroblastes dans des conditions de stress est vitale pour améliorer la fonction cardiaque et prévenir la fibrose cardiaque pathologique. Cependant, les mécanismes contrôlant le devenir des fibroblastes et maintenant leur état d'activation approprié restent incomplètement compris.

De multiples mécanismes de régulation sont impliqués dans la modulation de la fibrose cardiaque11. Les mécanismes épigénétiques, y compris la méthylation des histones, jouent un rôle essentiel dans la régulation de la structure de la chromatine et de l'expression des gènes12. Il a été montré que des altérations des profils de méthylation des histones de différents types de cellules cardiaques peuvent être induites par différents stimuli pathologiques13. Ces altérations peuvent contribuer au déséquilibre de l'homéostasie dans plusieurs types de cellules du cœur, notamment en augmentant l'expression des gènes associés à la fibrose dans les fibroblastes13. Une étude précédente a montré que l'histone lysine méthyltransférase DOT1L (disruptor of telomeric silencing 1-like) contribuait à la réponse profibrotique dans les fibroblastes cardiaques en améliorant l'activation de la signalisation du facteur de croissance transformant β (TGF-β)/SMAD14, suggérant que la manipulation de la méthylation des histones profil a un grand potentiel pour surmonter la fibrose cardiaque pathologique. Cependant, la question de savoir si d'autres enzymes de modification de la méthylation des histones jouent un rôle clé dans le contrôle du destin cellulaire et des réponses profibrotiques dans les fibroblastes cardiaques doit être explorée plus avant.

La déméthylase spécifique de la lysine 5B (KDM5B), également connue sous le nom de domaine interactif 1B riche en AT de PLU1 ou Jumonji (JARID1B), assure la médiation de la déméthylation de la triméthylation et de la diméthylation activées par la transcription de H3 au niveau de la lysine 4 (H3K4me3 et H3K4me2), supprimant le expression des gènes cibles15. Certaines études ont démontré qu'une expression anormale de KDM5B est associée au développement de multiples troubles, y compris la promotion de la tumorigenèse et des maladies inflammatoires16,17. Cependant, le rôle de KDM5B dans les maladies cardiovasculaires est encore inconnu. Ici, nous avons constaté que la perte de KDM5B bloquait de manière significative l'activation des fibroblastes cardiaques et favorisait l'angiogenèse en augmentant le niveau de méthylation de H3K4me2/3 et en favorisant l'expression du facteur de transcription activant 3 (ATF3) dans les fibroblastes cardiaques, qui réprimait la fibrose cardiaque pathologique et a empêché le dysfonctionnement cardiaque. Notre étude a élucidé le rôle régulateur épigénétique critique de KDM5B dans la pathogenèse de la fibrose cardiaque aberrante.

La protéine recombinante TGF-β de souris (7666-MB) a été achetée auprès de R&D Systems (Minneapolis, MN). L'angiotensine II (AngII) (CSN10313) a été achetée chez CSNpharm (Chicago, IL). Les anticorps dirigés contre l'actine musculaire lisse α (α-SMA) (ab5694, pour l'analyse par immunotransfert), phospho-SMAD3 (membre 3 de la famille SMAD) (ab52093) et KDM5B (ab181089, pour l'analyse par immunofluorescence) ont été obtenus auprès d'Abcam (Cambridge, Royaume-Uni ). Les anticorps contre le collagène de type I (AB765p) ont été obtenus auprès de Millipore (Billerica, MA). Les anticorps anti-α-SMA (5228, pour l'immunofluorescence et l'immunohistochimie) ont été obtenus auprès de Sigma-Aldrich (Darmstadt, Allemagne). Les anticorps contre le collagène de type III (NB600-594) ont été obtenus auprès de Novus Biologicals (Littleton, CO). Anticorps contre phospho-SMAD2 (membre de la famille SMAD 2) (3108), SMAD2 (5339), SMAD3 (9523), phospho-ERK (MAP kinase régulée par le signal extracellulaire) (9106), ERK (4696), phospho-JNK (c -Jun N-terminal kinase) (4668), JNK (9252), phospho-p38 (4511), p38 (9212), phospho-p65 (3033 S), p65 (8242), glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH) (5174) et ATF3 (18665) ont été obtenus auprès de Cell Signaling Technology (Danvers, MA). Les anticorps contre KDM5B (A301-813A, pour l'analyse par immunotransfert) ont été obtenus auprès de Bethyl Laboratories (Montgomery, TX).

Des souris C57BL/6 de type sauvage ont été obtenues auprès de Sipper BK Laboratory Animals (Shanghai, Chine). Des souris KDM5B-knockout (KO) ont été générées en utilisant le système CRISPR/Cas9. Les 428 bases contenant le domaine JmjC, qui est responsable de son activité déméthylase, ont été supprimées du gène Kdm5b, entraînant un décalage de cadre dans le gène Kdm5b et la perte de fonction de KDM5B. Toutes les souris ont été maintenues dans des conditions de barrière de niveau spécifiques sans pathogènes au centre expérimental pour animaux de l'université de Tongji, et toutes les expériences ont été réalisées conformément aux procédures approuvées par le National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals.

Pour la surcharge de pression induite par l'AngII, une mini-pompe osmotique (Alzet Model 2004; Alza Corp) contenant une perfusion de 28 jours de solution saline ou d'AngII (1000 ng/kg/min) a été implantée par voie sous-cutanée chez les souris. Pour le modèle MI, la ligature permanente de l'artère coronaire interventriculaire antérieure gauche a été réalisée comme décrit précédemment18. En bref, après anesthésie par inhalation d'isoflurane (2,5 L/min d'isoflurane à 1,5 L/min d'O2), des souris mâles âgées de 8 à 10 semaines ont été ventilées avec un ventilateur pour petit animal à un volume courant de 0,45 ml pour la respiration assistée. La cavité thoracique a été ouverte par une thoracotomie gauche pour exposer le cœur, et la branche descendante antérieure gauche a été ligaturée de façon permanente avec une ligature en soie 8–0. Le thorax et la peau ont été fermés à l'aide de ligatures 5–0 et 4–0, respectivement. Après avoir retiré le tube trachéal, les souris ont été placées sur un coussin chauffant à 37 ° C jusqu'à ce que la pleine conscience soit rétablie. À la fin du programme expérimental suivant la perfusion d'AngII ou la chirurgie MI, toutes les souris ont été euthanasiées par dislocation cervicale après anesthésie avec une surdose intrapéritonéale de pentobarbital sodique (70 mg/kg de poids corporel), suivie d'une dissection du tissu cardiaque et d'investigations expérimentales pertinentes. . L'échocardiographie bidimensionnelle (Vevo 2100; VisualSonics) avec une sonde de fréquence en mode M et 30 MHz a été utilisée pour mesurer la fonction cardiaque des souris anesthésiées à des moments préprogrammés en aveugle.

Des fibroblastes cardiaques primaires ont été isolés du myocarde ventriculaire gauche de souris. En bref, les cœurs disséqués de souris âgées de 2 semaines ont été hachés en petits morceaux d'environ 1 mm3 avec des ciseaux, puis incubés avec un tampon de digestion préchauffé contenant 0, 125% de trypsine à 37 ° C pendant 10 min. Les surnageants ont été collectés après mélange répété avec une pipette, et les tissus restants ont été traités 4 à 5 fois jusqu'à ce que la digestion soit complète. Les fractions de fibroblastes cardiaques ont été recueillies par centrifugation et remises en suspension dans du DMEM avec 10 % de sérum bovin fœtal (Gibco, MA). Les cellules remises en suspension ont été étalées sur des boîtes de culture tissulaire traitées (Corning, NY) dans un incubateur humidifié. Deux siRNA préconçus spécifiques à Kdm5b ou siRNA de contrôle ciblant différentes séquences de différentes sociétés (Dharmacon, CO; Santa Cruz Biotechnology, TX) ont été utilisés pour le silençage de Kdm5b. Les fibroblastes cardiaques adhérents ont été transfectés avec l'ARNsi Kdm5b ou l'ARNsi témoin en utilisant Lipofectamine RNAiMAX (Thermo Fisher Scientific, MA) selon le protocole du fabricant.

L'ARN total a été extrait des tissus myocardiques ou des fibroblastes cardiaques cultivés avec le réactif TRIzol (Invitrogen, CA) et rétrotranscrit avec un kit de synthèse d'ADNc First Strand (TOYOBO, Shanghai, Chine) selon le protocole du fabricant. L'ADNc de chaque échantillon a été utilisé pour évaluer les changements dans l'expression de différents gènes en utilisant QuantStudio 6 (Applied Biosystems, Thermo Fisher Scientific). Les données ont été normalisées à l'expression de Gapdh.

L'analyse des puces à ADN a été réalisée avec les puces Agilent Whole Mouse Genome 4 × 44 K. L'ARN total a été extrait des échantillons à l'aide de TAKARA RNAiso (TAKARA, Dalian, Chine) conformément aux procédures opératoires standard du fabricant. La qualité de l'ARN total a été vérifiée par électrophorèse Agilent Bioanalyzer 2100 (Agilent Technologies, CA) et purifiée à l'aide d'un mini kit RNeasy (QIAGEN, Düsseldorf, Allemagne) et d'un ensemble de DNase sans RNase (QIAGEN). Le marquage, l'hybridation et le lavage ont été effectués selon les directives d'Agilent. Les microréseaux hybrides terminés ont été scannés à l'aide d'un scanner Agilent Microarray (Agilent Technologies, CA). Les signaux du microréseau et les informations de fond ont été récupérés à l'aide du logiciel Feature Extraction 10.7 (Agilent Technologies) et normalisés à l'aide du logiciel GeneSpring 12.6.1 (Agilent Technologies). Les seuils d'expression différentielle ont été définis comme un changement de facteur absolu> 2 et une valeur p corrigée <0, 05. Les données des puces à ADN transcriptome sont disponibles sur Gene Expression Omnibus sous le numéro d'accession GSE197223.

Des fibroblastes cardiaques ont été isolés du myocarde ventriculaire gauche de souris KDM5B-knockout ou WT de même portée au jour 7 après l'IM. Des échantillons d'ARN ont été isolés à partir de fibroblastes cardiaques pour la construction d'une bibliothèque et séquencés avec un Illumina NovaSeq 6000 pour générer des lectures appariées de 150 pb. Les lectures ont été cartographiées sur le génome de la souris de référence (mm10) à l'aide de HISAT2 avec les paramètres par défaut. Les valeurs de fragment par kilobase de transcrit par million de lectures cartographiées (FPKM) ont été utilisées pour évaluer l'expression différentielle des gènes. Le regroupement de gènes exprimés de manière différentielle, l'analyse d'enrichissement fonctionnel Gene Ontology (GO) et d'autres analyses de données ont été effectuées à l'aide de programmes personnalisés. Les données de séquençage d'ARN sont disponibles sur Gene Expression Omnibus sous le numéro d'accession GSE213746.

Des plaques de quarante-huit puits ont été recouvertes d'une matrice Corning Matrigel à facteur de croissance réduit (Corning Life Sciences, MA) et polymérisées pendant 30 min à 37 ° C selon le protocole du fabricant. Des quantités égales de fibroblastes cardiaques cultivés isolés à partir de souris KDM5B-KO et de souris WT de même portée ont été trypsinisées et ensemencées dans les plaques enduites. Après 4 à 6 h d'incubation, la formation de tubes médiée par les fibroblastes cardiaques a été photographiée.

Les protéines totales ont été extraites des tissus myocardiques ou des fibroblastes cardiaques cultivés avec un tampon de lyse cellulaire (Cell Signaling Technology) contenant un cocktail d'inhibiteurs de protéase (Merck, Darmstadt, Allemagne) et du fluorure de phénylméthylsulfonyle. Les concentrations des protéines extraites ont été mesurées avec le kit de dosage de protéines Pierce BCA (Thermo Fisher Scientific). Des quantités égales de protéines ont été utilisées pour effectuer une analyse par immunotransfert.

Les cœurs isolés ont été préparés pour l'analyse histologique en utilisant la méthode de coupe à la paraffine comme décrit précédemment19. En bref, les cœurs récoltés ont été fixés dans du paraformaldéhyde à 4 %, puis déshydratés, inclus dans de la paraffine et découpés en une série de sections de 5 μm d'épaisseur. La coloration au trichrome de Masson a été réalisée pour évaluer la zone cicatricielle fibreuse en utilisant un kit de coloration au trichrome conformément aux instructions du fabricant. La coloration immunofluorescente et immunohistochimique a été réalisée comme décrit précédemment10. Les images numériques ont été capturées à l'aide d'un système de microscope Leica (Wetzlar, Allemagne).

Les fibroblastes cardiaques ont été réticulés en utilisant du formaldéhyde à 1 % (vol/vol) et la réaction a été terminée avec de la glycine 0,125 M. Ensuite, les complexes protéine-ADN dans les cellules réticulées récoltées ont été soniqués dans de l'eau glacée pour former des fragments aléatoires d'une taille comprise entre 200 et 500 pb. Les extraits surnageants ont été collectés par centrifugation puis soumis à une analyse ChIP selon le protocole du Chromatin Immunoprecipitation Kit (Millipore). Les séquences du promoteur du gène cible dans l'ADN d'entrée et les immunocomplexes d'ADN récupérés ont été détectés par Q-PCR. Les données ont été normalisées au contrôle d'entrée d'ADN correspondant. Les amorces utilisées pour détecter le promoteur du gène Atf3 de souris étaient les suivantes : 5'-TGACAGGGGCCCATTTGAG AAATC-3' (sens) et 5'-CCTCTGAGCAACTCCACAGAGCA-3' (sens inverse).

La signification statistique des différences entre les deux groupes a été déterminée par le test t de Student non apparié. Pour les comparaisons de plus de deux groupes, une analyse de variance à une ou deux voies (ANOVA) avec le test t de différence la moins significative a été effectuée. Les données ont été analysées avec Prism 7 (GraphPad) et les valeurs p < 0,05 ont été considérées comme statistiquement significatives.

Pour cribler les enzymes de modification de la méthylation des histones qui modulent la progression de la fibrose cardiaque après une lésion myocardique, nous avons d'abord mesuré les changements dans leur expression dans les tissus myocardiques après un IM ou une surcharge de pression. Parmi ces enzymes de modification de la méthylation des histones, l'augmentation de l'expression de l'ARNm de Kdm5b était la plus significative dans le myocarde ischémique de souris après IM (Fig. 1a). L'expression de KDM5B dans le myocarde a été régulée positivement en fonction du temps, avec un pic au jour 7 après l'IM (Fig. 1b, c). Nous avons en outre observé des changements dans l'expression de KDM5B en réponse à une surcharge de pression et avons constaté que l'expression de Kdm5b était nettement élevée dans le myocarde après une surcharge de pression induite par la perfusion d'AngII (Fig. 1d). Nous avons ensuite déterminé le type cellulaire qui contribuait à l'augmentation de l'expression de KDM5B dans le myocarde après un stress pathologique. L'analyse par immunofluorescence a montré que l'augmentation de l'expression de KDM5B était principalement distribuée dans les fibroblastes cardiaques α-SMA-positifs, mais pas dans les cardiomyocytes des tissus myocardiques soumis à une perfusion d'IM ou d'AngII (Fig. 1e, f et Supplémentaire Fig. 1a – d). De plus, le traitement au TGF-β a augmenté les niveaux d'expression de l'ARNm et des protéines de KDM5B dans les fibroblastes cardiaques primaires isolés du myocarde de souris (Fig. 1e, f supplémentaires). Ces résultats suggèrent que l'histone déméthylase KDM5B, qui est augmentée dans les fibroblastes cardiaques, est impliquée dans des processus pathologiques en réponse à différents types de lésions myocardiques.

une analyse Q-PCR des niveaux d'expression de l'ARNm des enzymes de modification de la méthylation dans les tissus myocardiques de souris WT au jour 7 après une opération MI ou fictive (n = 3 pour le groupe fictif, n = 4 pour le groupe MI). b, c Analyse Q-PCR de l'ARNm Kdm5b (n = 6 souris par groupe) ou analyse immunoblot de l'expression de la protéine KDM5B dans les tissus myocardiques de souris WT le jour indiqué après l'opération MI ou fictive. # indique les numéros de série des souris. d Analyse Q-PCR de l'expression de l'ARNm de Kdm5b dans les tissus myocardiques de souris WT au jour 28 après une perfusion d'AngII ou de solution saline normale (NS) (n = 6 souris par groupe). e Coloration par immunofluorescence représentative de KDM5B (rouge) ou α-SMA (vert) dans les tissus myocardiques de souris WT au jour 7 après une opération MI ou fictive. Barre d'échelle, 50 μm (agrandie : 10 μm). f Coloration par immunofluorescence représentative de KDM5B (rouge) ou α-SMA (vert) dans les tissus myocardiques de souris WT au jour 28 après l'infusion d'AngII ou de NS. Barre d'échelle, 50 μm (agrandie : 10 μm). *p < 0,05, ***p < 0,001. Le test t de Student non apparié (a, d) ou l'ANOVA unidirectionnelle (b) a été effectué.

Des souris déficientes en KDM5B sur un fond C57BL / 6 ont été générées avec le système CRISPR / Cas9, qui a induit une délétion de 428 pb dans le domaine Jmjc responsable de son activité déméthylase et de la mutation de décalage de cadre qui l'accompagne dans le gène Kdm5b (Fig. 2a supplémentaire ). Il n'y avait presque pas d'expression d'ARNm ou de protéine de KDM5B dans les fibroblastes cardiaques de souris KDM5B-KO (Fig. 2b, c supplémentaires). De plus, la coloration immunofluorescente n'a montré aucune expression de KDM5B dans les noyaux de fibroblastes cardiaques déficients en KDM5B (Fig. 2d supplémentaire). L'analyse échocardiographique n'a indiqué aucune différence dans la fonction cardiaque entre les souris KDM5B-KO et les souris WT témoins de la même portée dans des conditions physiologiques (Fig. 2e, f supplémentaires). La coloration au trichrome de Masson a suggéré que les souris déficientes en KDM5B ne présentaient aucun remodelage cardiaque indésirable par rapport aux souris WT dans des conditions physiologiques (Fig. 2g supplémentaire). Nous avons ensuite exploré le rôle de KDM5B dans la fonction cardiaque et le remodelage après un IM. Les souris KDM5B-KO ont montré des pourcentages accrus de fraction d'éjection ventriculaire gauche (FEVG) et de raccourcissement fractionnel ventriculaire gauche (LVFS) par rapport aux souris témoins WT de la même portée les jours 14 à 28 après l'IM (Fig. 2a). Des dimensions ventriculaires gauches et des volumes ventriculaires gauches réduits ont également été observés chez des souris KDM5B-KO après un IM (Fig. 2a et Fig. 3a supplémentaire), indiquant que le déficit en KDM5B améliorait la fonction contractile et réduisait la dilatation ventriculaire gauche du cœur après un IM. Le déficit en KDM5B a diminué les rapports poids du cœur/poids corporel (HW/BW) et poids du cœur/longueur du tibia (HW/TL) (Fig. 3b, c supplémentaires). La coloration au trichrome de Masson et au rouge Sirius a révélé une nette diminution des zones de cicatrice et de fibrose dans le myocarde des souris KDM5B-KO par rapport aux souris WT après IM (Fig. 2b – e). Les niveaux d'expression de l'ARNm des gènes liés à la fibrose, y compris la chaîne alpha 1 du collagène de type I (Col1a1), la chaîne alpha 1 du collagène de type III (Col3a1), la fibronectine 1 (Fn1), le facteur 2 du réseau de communication cellulaire (Ccn2), Tgfb et l'actine Le muscle lisse alpha 2 (Acta2) du myocarde a été considérablement supprimé par le déficit en KDM5B (Fig. 2f et Fig. 3d supplémentaire). L'immunofluorescence et la coloration immunohistochimique ont indiqué un nombre limité de myofibroblastes α-SMA-positifs dans le myocarde et une expression réduite du collagène III dans les myofibroblastes de souris KDM5B-KO (Fig. 2g et Supplémentaires Fig. 3e, f). Ces données indiquent que KDM5B exacerbe la fibrose cardiaque médiée par des myofibroblastes suractivés, entraînant une aggravation de la dysfonction cardiaque et un remodelage cardiaque indésirable après un IM.

a Mesure échocardiographique de la FEVG, de la LVFS, de la dimension interne télédiastolique ventriculaire gauche (LVIDd) et de la dimension interne télésystolique ventriculaire gauche (LVID) des souris KDM5B-KO ou WT au départ (jour 0) et le jour indiqué après MI ou opération fictive (n = 6 souris par groupe). b – e Images de coloration trichrome de Masson représentatives et quantification de la taille de la cicatrice (b, c) ou images de coloration au rouge Sirius et quantification de la zone de fibrose (d, e) dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 28 après MI . n = 6 souris par groupe. Barre d'échelle, 1,6 mm (en haut), 200 μm (en bas). f Analyse Q-PCR des niveaux d'ARNm Col1a1 et Col3a1 dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 14 après une opération MI ou fictive (n = 6 souris par groupe). g Coloration par immunofluorescence représentative de α-SMA (rouge) et Col III (vert) dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 14 après MI (n = 6 souris par groupe). Barre d'échelle, 50 μm. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001. Le test t de Student non apparié (c, e) ou ANOVA (a, f) a été effectué.

Nous avons en outre étudié le rôle de KDM5B dans la fonction cardiaque et la fibrose après une surcharge de pression. Le déficit en KDM5B a considérablement amélioré la fonction cardiaque après une surcharge de pression induite par la perfusion d'AngII (Fig. 3a – c). Les souris déficientes en KDM5B ont montré une diminution du poids du cœur par rapport au poids corporel et des rapports de longueur du tibia (Fig. 3d, e). La coloration au trichrome de Masson a montré que la fibrose myocardique périvasculaire et interstitielle était considérablement atténuée chez les souris déficientes en KDM5B par rapport aux souris WT soumises à une perfusion d'AngII (Fig. 3f – i). Les niveaux d'ARNm des gènes liés à la fibrose, notamment Acta2, Col1a1, Col3a1 et le facteur de croissance du tissu conjonctif (Ctgf), ont été nettement diminués dans les tissus myocardiques de souris déficientes en KDM5B après une perfusion d'AngII (Fig. 3j). Le déficit en KDM5B a inhibé l'expression protéique du collagène I et du collagène III dans les tissus myocardiques après perfusion d'AngII (Fig. 3k). La coloration par immunofluorescence a montré une diminution de la production de collagène III dans les myofibroblastes α-SMA-positifs limités dans le myocarde de souris déficientes en KDM5B après perfusion d'AngII (Fig. 3l et Supplémentaire Fig. 3g). Ces résultats démontrent que le déficit en KDM5B protège contre le dysfonctionnement cardiaque, la fibrose cardiaque et le remodelage pathologique déclenché par une surcharge de pression.

a Images échocardiographiques représentatives en mode M des ventricules gauches de souris KDM5B-KO ou de souris WT témoins de même portée au jour 28 après une perfusion d'AngII ou de solution saline normale (NS). b, c Mesure échocardiographique de la FEVG (b) et de la LVFS (c) des souris KDM5B-KO ou WT au jour 28 après perfusion d'AngII ou de NS (n = 6 souris par groupe). d, e Le rapport du poids du cœur au poids corporel (HW/BW) (d) et le rapport du poids du cœur à la longueur du tibia (HW/TL) (e) des souris KDM5B-KO ou WT au jour 28 après AngII ou NS perfusion (n = 6 souris par groupe). f–i Images trichromes représentatives de Masson et quantification de la fibrose périvasculaire (f, g) ou interstitielle (h, i) dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 28 après l'infusion d'AngII ou de NS (n = 6 souris par groupe) . Barre d'échelle, 200 μm (à gauche), 100 μm (à droite). j Analyse Q-PCR des niveaux d'expression d'ARNm Acta2, Col1a1, Col3a1 et Ctgf dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 28 après l'infusion d'AngII ou de NS (n = 6 souris par groupe). k Analyse par immunotransfert de l'expression des protéines Col I et Col III dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 28 après l'infusion d'AngII ou de NS. l Coloration par immunofluorescence représentative de α-SMA (rouge) et Col III (vert) dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 28 après la perfusion d'AngII. Barre d'échelle, 50 μm. *p < 0,05, **p < 0,01. Un test t de Student non apparié (g, i) ou une ANOVA unidirectionnelle (b–e, j) a été réalisée.

Nous avons ensuite étudié l'effet de KDM5B sur les réponses fibrotiques dans les fibroblastes. Une analyse ARN-seq a été réalisée pour identifier les caractéristiques de profilage du transcriptome des fibroblastes cardiaques primaires isolés des tissus myocardiques des souris KDM5B-KO et WT après l'IM. L'analyse de l'enrichissement de l'ensemble de gènes (GSEA) a suggéré que les souris KDM5B-KO présentaient une diminution de l'expression des gènes liés à l'organisation des fibrilles de collagène et à l'organisation de la matrice extracellulaire, qui sont deux caractéristiques prédominantes du remodelage cardiaque indésirable et de la fibrose cardiaque (Fig. 4a – d supplémentaire). Des fibroblastes cardiaques primaires isolés des tissus myocardiques de souris KDM5B-KO et WT ont été traités avec le facteur profibrotique TGF-β in vitro. Les niveaux d'expression d'ARNm des gènes liés à la fibrose, notamment Col1a1, Col3a1, Fn1 et Ccn2, ont été nettement diminués dans les fibroblastes cardiaques déficients en KDM5B en réponse au TGF-β (Fig. 4a). De manière cohérente, des niveaux d'expression protéique supprimés du collagène I et du collagène III ont été observés dans les fibroblastes cardiaques déficients en KDM5B après stimulation par le TGF-β (Fig. 4b). Des diminutions similaires des niveaux d'expression de ces molécules liées à la fibrose ont été observées dans les fibroblastes cardiaques avec Kdm5b knockdown médié par deux types de siARN spécifiques en réponse au TGF-β (Fig. 4c, d et Supplémentaire Fig. 5a – c). GSK467 a été identifié comme un inhibiteur puissant et sélectif de KDM5B20. Après traitement avec GSK467, les niveaux d'ARNm de Col1a1, Col3a1, Fn1 et Ccn2 et les niveaux de protéines de collagène I et de collagène III induits par le TGF-β dans les fibroblastes cardiaques ont été significativement inhibés (Fig. 4e, f). La transformation des fibroblastes en myofibroblastes de phénotype profibrotique est caractérisée par une expression accrue d'α-SMA et des changements morphologiques dans la formation de nombreux faisceaux de microfilaments d'actine21. La coloration immunofluorescente a montré une production nettement restreinte d'α-SMA et une morphologie des fibroblastes préservée dans les fibroblastes cardiaques déficients en KDM5B et les fibroblastes de type sauvage avec Kdm5b knockdown ou traitement GSK467 après stimulation par le TGF-β (Fig. 4g – i et Supplémentaire Fig. 5d). Ces résultats indiquent que KDM5B facilite la formation de phénotypes de myofibroblastes et la progression de la fibrose médiée par les fibroblastes cardiaques.

a, b Analyse Q-PCR de l'expression de l'ARNm de Col1a1, Col3a1, Fn1 et Ccn2 (a) (n = 6 par groupe) ou analyse par immunotransfert de l'expression des protéines Col I et Col III (b) chez un déficient en KDM5B (KO) ou un compagnon de même portée contrôlez les fibroblastes cardiaques WT stimulés avec TGF-β (10 ng/ml) pendant 24 h. c, d Analyse Q-PCR de l'expression de l'ARNm de Col1a1, Col3a1, Fn1 et Ccn2 (c) (n = 6 par groupe) ou analyse par immunotransfert de l'expression des protéines Col I et Col III (d) dans Kdm5b-silence ou control siRNA transfecté fibroblastes cardiaques stimulés par TGF-β (10 ng/ml) pendant 24 h. e, f Analyse Q-PCR de l'expression des ARNm Col1a1, Col3a1, Fn1 et Ccn2 (e) (n = 6 par groupe) ou analyse par immunoblot de l'expression des protéines Col I et Col III (f) dans des fibroblastes cardiaques traités avec l'inhibiteur de KDM5B GSK467 ou DMSO suivi d'une stimulation avec TGF-β (10 ng/ml) pendant 24 h. g–i Coloration par immunofluorescence représentative de l'α-SMA (rouge) dans les fibroblastes cardiaques avec déficit en KDM5B (g), KDM5B knockdown (h) ou traitement GSK467 (i) et les fibroblastes cardiaques témoins correspondants (g–i) stimulés par le TGF- β (10 ng/ml) pendant 24 h. Des résultats similaires ont été obtenus à partir de trois expériences indépendantes (g–i). Barre d'échelle, 50 μm. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001. Le test t de Student non apparié (a, c, e) a été réalisé.

L'activation de la voie de signalisation TGF-β SMAD-dépendante ou SMAD-indépendante est un déterminant essentiel de la fibrose. La suppression de la phosphorylation de SMAD2 et SMAD3 a indiqué une diminution de l'activation de la signalisation TGF-β dépendante de SMAD dans les tissus myocardiques des souris KDM5B-KO après un IM (Fig. 5a). L'activation de la signalisation TGF-β indépendante de SMAD, y compris la phosphorylation de ERK, JNK, p38 et p65, a été altérée dans les tissus myocardiques des souris KDM5B-KO après IM (Fig. 5b). De manière constante, une activation supprimée de la signalisation TGF-β dépendante ou indépendante de SMAD, comme indiqué par une diminution de la phosphorylation de SMAD2, SMAD3, ERK, JNK, p38 et p65, a été observée dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO après une perfusion d'AngII ( Fig. 5c, d). De plus, le déficit ou l'inactivation de KDM5B a nettement supprimé l'activation de SMAD2, SMAD3, ERK, JNK, p38 et p65 induite par le TGF-β dans les fibroblastes cardiaques primaires (Fig. 5e – f et Supplémentaire Fig. 6a, b). Ces données indiquent que KDM5B facilite les réponses fibrotiques et la transition des fibroblastes cardiaques en améliorant l'activation de la signalisation TGF-β dépendante ou indépendante de SMAD dans des conditions pathologiques.

une analyse par immunoblot des niveaux phosphorylés (p-) ou totaux de protéines SMAD2 et SMAD3 dans les lysats de tissus myocardiques de KDM5B-KO ou de souris WT témoins de la même portée après une opération MI ou fictive. b Analyse par immunotransfert des niveaux phosphorylés ou totaux de protéines ERK, JNK, p38 et p65 dans les lysats de tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT après opération MI ou fictive. c Analyse par immunoblot des niveaux phosphorylés ou totaux de protéines SMAD2 et SMAD3 dans les lysats de tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT après perfusion d'AngII ou de solution saline normale (NS). d Analyse par immunoblot des niveaux phosphorylés ou totaux de protéines ERK, JNK, p38 et p65 dans les lysats de tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT après perfusion d'AngII ou de solution saline normale (NS). e Analyse par immunoblot des niveaux phosphorylés ou totaux des protéines SMAD2 et SMAD3 dans les lysats de fibroblastes cardiaques de souris KDM5B-KO ou WT traitées avec TGF-β (10 ng/ml) pendant les temps indiqués. f Analyse par immunoblot des niveaux phosphorylés ou totaux des protéines ERK, JNK, p38 et p65 dans les lysats de fibroblastes cardiaques de souris KDM5B-KO ou WT traitées avec TGF-β (10 ng/ml) pendant les temps indiqués. Des résultats similaires ont été obtenus suite à trois expériences indépendantes.

Des études antérieures ont démontré que l'angiogenèse améliore le dysfonctionnement cardiaque et le remodelage cardiaque indésirable après une surcharge de pression induite par l'IM et l'AngII22,23. L'analyse par puce à ADN de l'ARN des tissus myocardiques de souris KDM5B-KO et de souris témoins WT de la même portée après l'IM a indiqué les gènes enrichis exprimés de manière différentielle liés à l'angiogenèse (Fig. 7a supplémentaire). De plus, l'expression accrue de gènes associés à l'angiogenèse régulés positivement et la diminution de l'expression de gènes associés à l'angiogenèse régulés négativement ont été observées dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO après un IM (Fig. 7b supplémentaire). Le déficit en KDM5B a amélioré les niveaux d'expression des gènes marqueurs endothéliaux, y compris le facteur de croissance endothélial vasculaire A (Vegfa), Cd31, le récepteur 2 du facteur de croissance endothélial vasculaire (Vegfr2), l'oxyde nitrique synthase 3 (Nos3) et le facteur von Willebrand (Vwf), dans le myocarde. tissus après IM (Fig. 6a). Il a été rapporté que l'angiogenèse médiée par la transition des fibroblastes aux cellules endothéliales facilite la réparation cardiaque après une lésion myocardique9. Conformément à l'analyse par puce à ADN, une analyse plus poussée de l'ARN-seq des fibroblastes isolés des tissus myocardiques des souris KDM5B-KO et WT a montré l'enrichissement des gènes exprimés de manière différentielle liés à l'angiogenèse après l'IM (Fig. 6b). GSEA a montré un ensemble de gènes significativement régulé positivement enrichi dans la voie de signalisation proangiogénique largement reconnue du VEGF dans les fibroblastes cardiaques de souris KDM5B-KO par rapport aux souris WT après IM (Fig. 6c). De plus, les principaux gènes exprimés de manière différentielle révélés étaient l'expression accrue de gènes liés à l'angiogenèse régulés positivement et la diminution de l'expression de gènes liés à l'angiogenèse régulés négativement dans les fibroblastes cardiaques de souris KDM5B-KO après IM (Fig. 6d). De plus, des cardiomyocytes et des fibroblastes cardiaques ont été isolés des tissus myocardiques de souris KDM5B-KO et WT au jour 7 après l'IM pour la détection de l'altération génique. Comme le montre la Fig. 7c supplémentaire, le déficit en KDM5B n'a pas affecté l'expression des gènes liés à l'angiogenèse dans les cardiomyocytes, mais a augmenté leurs niveaux d'expression dans les fibroblastes cardiaques. La coloration par immunofluorescence a montré une expression accrue de VEGFR ou d'IB4 colocalisée avec des fibroblastes cardiaques positifs à la vimentine dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO après un IM (Fig. 6e, f et Supplémentaire Fig. 7d, e). Le déficit en KDM5B a augmenté les niveaux d'expression des gènes marqueurs endothéliaux, notamment Vegfa, Cd31, Vegfr2, Nos3 et Vwf, dans les fibroblastes cardiaques primaires isolés des tissus myocardiques de souris KDM5B-KO (Fig. 6g). Formation de tubes améliorée par le déficit en KDM5B médiée par les fibroblastes cardiaques primaires (Fig. 7f supplémentaire). Ces données indiquent que la perte de KDM5B facilite la transition des fibroblastes vers des cellules de type endothélial et renforce l'angiogenèse, atténuant la fibrose cardiaque et le dysfonctionnement en réponse à des lésions pathologiques.

une analyse Q-PCR des niveaux d'ARNm Vegfa, Cd31, Vegfr2, Nos3 et Vwf dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 7 après la chirurgie MI (n = 6 souris par groupe). b Analyse d'enrichissement de Gene Ontology montrant les 15 principaux gènes exprimés de manière différentielle dans les fibroblastes cardiaques primaires isolés des tissus cardiaques de KDM5B-KO et de souris WT témoins de même portée au jour 7 après la chirurgie IM (processus biologique BP, composant cellulaire CC, fonction moléculaire MF). c Graphique d'enrichissement en GSEA montrant des ensembles de gènes associés à la voie de signalisation du VEGF dans les fibroblastes cardiaques primaires comme dans b. d Carte thermique montrant des gènes exprimés de manière différentielle par rapport à la régulation positive et négative de l'angiogenèse dans les fibroblastes cardiaques primaires comme dans b. e, f Coloration par immunofluorescence représentative de VEGFR (vert) (e), IB4 (vert) (f) et Vimentin (rouge) (e, f) dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 7 après la chirurgie MI. Barre d'échelle, 50 μm. Des résultats similaires ont été obtenus suite à trois expériences indépendantes. g Analyse Q-PCR de l'expression des ARNm de Vegfa, Cd31, Vegfr2, Nos3 et Vwf dans des fibroblastes cardiaques déficients en KDM5B (KO) ou WT stimulés avec du TGF-β (10 ng/ml) pendant 24 h (n = 4 par groupe). *p < 0,05, **p < 0,01. Le test t de Student non apparié (a, g) a été réalisé.

Nous avons en outre étudié le mécanisme sous-jacent à la fibrose cardiaque atténuée et au dysfonctionnement médié par le déficit en KDM5B. Parmi les gènes exprimés les plus régulés à la hausse criblés à partir d'ARN de tissus myocardiques chez des souris KDM5B-KO et des souris WT témoins de même portée après MI, l'expression accrue marquée d'Atf3 dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO a attiré notre attention (Fig. 7a). De manière constante, l'analyse ARN-seq a montré une expression accrue d'Atf3 dans les fibroblastes cardiaques déficients en KDM5B (Fig. 8a supplémentaire). Des études antérieures ont montré qu'une expression élevée d'ATF3 dans les fibroblastes cardiaques peut prévenir le remodelage cardiaque indésirable et supprimer la fibrose myocardique induite par une lésion ischémique ou hypertrophique24,25. L'expression d'Atf3 dans les tissus myocardiques des souris de type sauvage a culminé le jour 1 après l'IM, puis a diminué à un niveau relativement plus élevé les jours 3 à 7 (Fig. 7b). Le déficit en KDM5B a augmenté l'expression de l'ARNm et de la protéine ATF3 dans les tissus myocardiques après un IM (Fig. 7c, d). Les niveaux d'ARNm et de protéines d'ATF3 dans les fibroblastes cardiaques primaires stimulés par le TGF-β ont été régulés à la hausse par l'inactivation de Kdm5b ou le traitement par un inhibiteur de GSK467 (Fig. 7e – h et Supplémentaires Fig. 8b, c). Les niveaux d'expression des gènes liés à la fibrose tels que Col1a1, Col3a1, Fn1 et Ccn2 dans les fibroblastes cardiaques primaires induits par le TGF-β ont été significativement diminués après le knockdown de Kdm5b ou ont augmenté après le knockdown de Atf3 seul, tandis que l'expression réduite de ces gènes fibrotiques médiée par Le renversement de Kdm5b pourrait être inversé par le renversement de Atf3 (Fig. 7i, j). Ces données indiquent que l'ATF3 est une cible en aval de KDM5B et que le déficit en KDM5B atténue la fibrose cardiaque en augmentant l'expression de l'ATF3.

une carte thermique montrant les 20 principaux gènes exprimés de manière différentielle régulés à la hausse dans les tissus myocardiques de KDM5B-KO et de souris WT témoins de même portée au jour 7 après la chirurgie MI. b Analyse Q-PCR de l'expression des ARNm Atf3 et Kdm5b dans les tissus myocardiques de souris WT le jour indiqué après l'IM ou l'opération fictive (n = 6 par groupe). #p < 0,05 par rapport aux niveaux d'ARNm de Kdm5b dans le groupe d'opérations factices ; *p < 0,05, **p < 0,01 par rapport aux niveaux d'ARNm Atf3 dans le groupe d'opérations factices. c, d Analyse Q-PCR de l'ARNm Atf3 (c) (n = 6 souris par groupe) ou analyse immunoblot des niveaux de protéine ATF3 (d) dans les tissus myocardiques de souris KDM5B-KO ou WT au jour 7 après la chirurgie MI. e, f Analyse Q-PCR de l'expression de l'ARNm d'Atf3 (e) (n = 6 par groupe) ou analyse par immunotransfert de l'expression de la protéine ATF3 (f) dans des fibroblastes cardiaques Kdm5b silencieux ou transfectés par siRNA contrôle stimulés avec TGF-β (10 ng /ml) pendant 24h. g, h Analyse Q-PCR de l'expression de l'ARNm d'Atf3 (g) (n = 6 par groupe) ou analyse par immunoblot de l'expression de la protéine ATF3 (h) dans des fibroblastes cardiaques traités avec l'inhibiteur de KDM5B GSK467 ou DMSO suivi d'une stimulation avec TGF-β ( 10ng/ml) pendant 24h. i Analyse par immunoblot de l'expression de la protéine ATF3 dans les fibroblastes cardiaques transfectés avec l'ARNsi Atf3 ou l'ARNsi contrôle. j Analyse Q-PCR des niveaux d'expression des ARNm Col1a1, Col3a1, Fn1 et Ccn2 dans les fibroblastes cardiaques transfectés avec les siARN Kdm5b, les siARN Atf3, les siARN contrôle ou cotransfectés avec les siARN Kdm5b et Atf3 suivie d'une stimulation avec le TGF-β (10 ng/ml) pour 24 h (n = 6 par groupe). *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001. Le test t de Student non apparié (c, e, g) et l'ANOVA (b, j) ont été effectués.

Étant donné que KDM5B est une histone H3K4me3 et H3K4me2 déméthylase15, nous avons ensuite exploré si KDM5B régulait l'expression d'ATF3 en affectant le niveau de méthylation de l'histone H3K4. Le recrutement de KDM5B par le promoteur Atf3 était nettement amélioré dans les fibroblastes cardiaques après stimulation par le TGF-β (Fig. 8a). Des niveaux nettement accrus de H3K4me2 et H3K4me3 ont été observés dans les fibroblastes cardiaques isolés des tissus myocardiques de souris KDM5B-KO (Fig. 8b). De manière constante, le knock-down Kdm5b ou le traitement GSK467 a élevé les niveaux de H3K4me2 et H3K4me3 dans les fibroblastes cardiaques de type sauvage stimulés par le TGF-β (Fig. 8c, d). Des niveaux réduits de H3K4me2 et H3K4me3 au niveau du promoteur du gène Atf3 ont été trouvés dans des fibroblastes cardiaques de type sauvage après stimulation avec TGF-β pendant 24 h (Fig. 8e, f). En revanche, le déficit en KDM5B a considérablement augmenté les niveaux de H3K4me2 et H3K4me3 au niveau du promoteur du gène Atf3 dans les fibroblastes cardiaques en réponse au traitement par TGF-β (Fig. 8g, h). Ces résultats démontrent que KDM5B se lie directement au promoteur Atf3 et inhibe la transcription de l'ATF3 via son activité d'histone déméthylase, qui à son tour exacerbe la fibrose cardiaque et le remodelage cardiaque indésirable après un IM et une surcharge de pression (Fig. 9 supplémentaire).

une analyse ChIP des niveaux d'enrichissement en KDM5B au niveau du promoteur Atf3 dans des fibroblastes cardiaques WT traités avec du TGF-β (10 ng / ml) ou du PBS témoin (Ctrl) pendant 24 h. n = 6 par groupe. b–d Analyse par immunotransfert des niveaux de H3K4me2 et H3K4me3 dans les fibroblastes cardiaques avec déficit en KDM5B (b), KDM5B knockdown (c) ou traitement GSK467 (d) et les fibroblastes cardiaques témoins correspondants (b–d) stimulés avec TGF-β (10 ng /ml) pour les temps indiqués. Des résultats similaires ont été obtenus suite à trois expériences indépendantes. e, f Analyse par puce des niveaux de H3K4me2 (e) ou de H3K4me3 (f) au niveau du promoteur Atf3 de fibroblastes cardiaques WT traités avec du TGF-β (10 ng/ml) ou du PBS témoin (Ctrl) pendant 24 h. n = 6 par groupe. g, h Analyse ChIP des niveaux de H3K4me2 (g) ou H3K4me3 (h) au niveau du promoteur Atf3 de fibroblastes cardiaques déficients en KDM5B (KO) ou WT stimulés avec du TGF-β (10 ng/ml) pendant 24 h. n = 6 par groupe. *p < 0,05, ***p < 0,001. Une ANOVA à deux facteurs (a, e–h) a été réalisée.

La fibrose cardiaque, qui est la caractéristique pathologique la plus courante de nombreux troubles cardiaques, est associée à un mauvais pronostic, comme l'insuffisance cardiaque. Dans cette étude, nous avons révélé le nouveau rôle de l'histone déméthylase KDM5B dans la facilitation de la pathogenèse de la fibrose cardiaque. KDM5B a médié la déméthylation de H3K4me2/3 activé sur le promoteur Atf3 et a réprimé l'expression de Atf3, entraînant une fibrose cardiaque excessive et la détérioration de la fonction cardiaque après une attaque ischémique et hypertrophique.

L'expression aberrante de plusieurs gènes pathogènes est étroitement associée au développement et à la progression des maladies cardiaques. Les modifications épigénétiques distinctes et les sites des histones jouent des rôles critiques et précis dans la régulation de la transcription de ces gènes pathogènes26. Parmi les différents types de modifications d'histones, le profil de modification de méthylation réversible médié par les histones méthyltransférases et déméthylases a des fonctions importantes dans de multiples processus physiologiques et pathologiques27. Une étude précédente a montré que G9a, une méthyltransférase qui médie la mono-/di-méthylation de H3K9, formait un complexe avec le facteur d'amplification des myocytes 2C (MEF2C) et l'hétérochromatine liée pour supprimer la fibrose cardiaque28. Le silence du domaine SET de l'histone méthyltransférase spécifique de l'endothélium contenant 1 (SET1) pourrait inhiber la fibrose et l'hypertrophie cardiaques en réprimant la transcription de l'endothéline-1 en réponse au traitement chronique de l'AngII29. Cependant, les études sur les rôles des histones déméthylases dans la fibrose cardiaque pathologique sont limitées. Le facteur de transcription A lié à la myocardine (MRTF-A) favorise le trafic des macrophages en interagissant avec la lysine déméthylase 3 A (KDM3A) pour aggraver la fibrose et l'hypertrophie cardiaques, mais il reste à déterminer si le KDM3A fonctionne de manière dépendante de l'activité de la déméthylase30. Pour l'importante histone H3K4me2/3 déméthylase KDM5B, des études antérieures sur sa fonction se sont concentrées sur les maladies oncologiques et infectieuses. Par exemple, KDM5B a supprimé l'immunité antitumorale et a facilité l'évasion immunitaire dans le mélanome en recrutant SETDB1 (SET domain bifurcated histone lysine methyltransferase 1) pour faire taire les rétroéléments31. Le déficit en KDM5B a considérablement favorisé la production de cytokines inflammatoires et facilité les réponses inflammatoires innées déclenchées par divers agents pathogènes17,32. Notre étude fournit des preuves que KDM5B entraîne la progression de la fibrose cardiaque pathologique en médiant la déméthylation de H3K4me2/3 activé sur le promoteur Atf3 et en inhibant son expression. Ainsi, nos découvertes identifient KDM5B comme une nouvelle histone déméthylase profibrotique et révèlent une nouvelle approche de régulation épigénétique pour la fibrose cardiaque dans des conditions de stress pathologique.

Les principales manifestations de la fibrose cardiaque sont la conversion excessive des fibroblastes en myofibroblastes accompagnée d'une synthèse excessive et d'une dégradation insuffisante de la matrice extracellulaire, ce qui entraîne une diminution de la compliance myocardique, un dysfonctionnement diastolique-systolique voire la survenue d'une insuffisance cardiaque2. La fibrose cardiaque pathologique dépend de la régulation transcriptionnelle de plusieurs voies de signalisation fibrotiques, dont les facteurs de transcription jouent un rôle régulateur important dans l'activation des composants du signal33. Dans cette étude, nous avons constaté que l'expression d'ATF3 était nettement augmentée dans le myocarde de souris déficientes en KDM5B dans des conditions pathologiques. Nous avons en outre démontré que le déficit en KDM5B favorisait l'expression d'ATF3 en élevant les niveaux de méthylation activée de H3K4me2/3 au niveau de sa région promotrice. Ces résultats confirment que le facteur de transcription ATF3 est une cible essentielle en aval de KDM5B au cours de la fibrose cardiaque. Des études antérieures ont montré que l'ATF3 joue un double rôle dans la fibrose dans différents organes. De nombreuses preuves ont démontré que l'ATF3 limite la progression de la fibrose cardiaque et prévient le remodelage cardiaque indésirable déclenché par une lésion ischémique ou hypertrophique24,25,34. Cependant, la surexpression d'ATF3 a été trouvée dans les foies fibrotiques et a contribué à la fibrose hépatique en activant les cellules étoilées hépatiques35. De plus, ATF3 joue un rôle profibrotique dans la sclérodermie systémique et les lésions pulmonaires induites par la bléomycine36,37. Les différences fonctionnelles d'ATF3 dans la fibrose d'organe peuvent être associées à différents types de cellules et mécanismes profibrotiques. Conformément aux rapports précédents sur le cœur, nos données confirment que l'ATF3, qui est un régulateur clé supprimé épigénétiquement par KDM5B, peut inhiber la fibrose myocardique médiée par les fibroblastes cardiaques en réponse à un stress ischémique ou hypertrophique.

En raison de la capacité de régénération extrêmement faible des cardiomyocytes, la reconstruction et la restauration du réseau de circulation sanguine dans la zone infarcie sont essentielles pour la réparation après une lésion myocardique dans les maladies ischémiques. L'angiogenèse cardiaque est cruciale pour le maintien de la fonction cardiaque et l'adaptation du myocarde à la surcharge de pression23,38. Les cellules endothéliales sont considérées comme les cellules les plus importantes qui interviennent dans l'angiogenèse, mais la contribution des fibroblastes ne doit pas être négligée. Les fibroblastes peuvent favoriser l'angiogenèse médiée par les cellules endothéliales par la sécrétion paracrine et peuvent se transdifférencier en cellules endothéliales, médiant l'angiogenèse après une lésion cardiaque9,39,40,41. Notre étude fournit la preuve que le déficit en KDM5B augmente l'expression des gènes associés à l'angiogenèse et favorise la transdifférenciation des fibroblastes en cellules de type endothélial, ce qui améliore l'angiogenèse et contribue à l'atténuation du dysfonctionnement cardiaque dans des conditions pathologiques. Le mécanisme sous-jacent de l'angiogenèse améliorée médiée par le déficit en KDM5B peut impliquer la régulation de l'expression de plusieurs facteurs de transcription, tels que Nodal, qui doit être étudié plus avant.

Les thérapies épigénétiques sont devenues des domaines de recherche nouveaux et précieux dans la découverte de médicaments. La disponibilité de divers régulateurs d'enzymes de modification épigénétique dans les essais cliniques s'est principalement concentrée sur les maladies oncologiques. Par exemple, l'inhibiteur sélectif de l'histone méthyltransférase EZH2 (enhancer of zeste 2 polycomb repressive complex 2 subunit) ou de l'histone déméthylase LSD1 (lysine-specific demethylase 1) a montré une activité antitumorale prometteuse dans les tumeurs solides ou la leucémie42,43. Cependant, moins d'inhibiteurs épigénétiques ont montré des réponses efficaces dans les essais cliniques pour des maladies autres que les cancers, en particulier les maladies cardiovasculaires. Nos résultats in vitro ont confirmé l'efficacité de l'inhibiteur de KDM5B dans la suppression des réponses profibrotiques médiées par les fibroblastes. Avec les données in vivo montrant l'atténuation de la fibrose cardiaque médiée par le déficit en KDM5B, notre étude ouvre de nouvelles voies pour le développement d'une thérapie épigénétique ciblant KDM5B pour surmonter la fibrose cardiaque pathologique.

En résumé, nos résultats démontrent que l'histone déméthylase KDM5B supprime l'expression d'ATF3 en déméthylant H3K4me2/3 sur son promoteur, favorisant ensuite l'expression excessive de gènes profibrotiques et inhibant l'angiogenèse. KDM5B entraîne la progression de la fibrose cardiaque et facilite le remodelage cardiaque indésirable en réponse à un stress ischémique ou hypertrophique, ce qui contribuera au développement de nouvelles thérapies épigénétiques pour la fibrose cardiaque pathologique et l'insuffisance cardiaque.

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Ce travail a été soutenu par le programme national clé de R&D de Chine (2019YFA0801502), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (82070415, 82071790, 82101842) et le programme Shuguang parrainé par la Shanghai Education Development Foundation et la Shanghai Municipal Education Commission (19SG17, 18SG33).

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Zhenzhen Zhan

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BW, YT, YZ, SZ, XD, YJ, TL et QZ ont réalisé les expériences, analysé les données et interprété les résultats. BW a rédigé le manuscrit et effectué les analyses statistiques. ZZ et XL ont conçu l'idée, conçu les expériences, analysé les données, révisé le manuscrit et financé cette étude. Tous les auteurs ont révisé de manière critique le manuscrit pour un contenu intellectuel important.

Correspondance à Xingguang Liu ou Zhenzhen Zhan.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Wang , B. , Tan , Y. , Zhang , Y. et al. La perte de KDM5B améliore la fibrose cardiaque pathologique et le dysfonctionnement en améliorant épigénétiquement l'expression d'ATF3. Exp Mol Med 54, 2175–2187 (2022). https://doi.org/10.1038/s12276-022-00904-y

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Reçu : 19 avril 2022

Révisé : 26 septembre 2022

Accepté : 24 octobre 2022

Publié: 08 décembre 2022

Date d'émission : Décembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s12276-022-00904-y

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