METTL3 médie la glycolyse induite par le flux athérogène dans les cellules endothéliales

I. Contexte de la recherche

L’athérosclérose est la base pathologique principale des maladies cardiovasculaires, étroitement liée au dysfonctionnement des cellules endothéliales vasculaires (ECs). Les facteurs hémodynamiques jouent un rôle clé dans la sélectivité régionale de l’athérosclérose : la contrainte de cisaillement oscillante (OS) (comme aux bifurcations vasculaires) favorise la formation de plaques, tandis que la contrainte de cisaillement pulsatile (PS) (comme dans les segments vasculaires droits) a un effet protecteur. Des études récentes ont montré que les ECs sous OS subissent une reprogrammation métabolique, caractérisée par une augmentation de la glycolyse, mais les mécanismes moléculaires précis restent à élucider.

Dans le domaine de l’épitranscriptomique, il a été découvert que la modification de la méthylation m6A de l’ARN (N6-methyladénosine) peut influencer les fonctions cellulaires en régulant la stabilité, l’épissage et l’efficacité de traduction des ARNm. METTL3, en tant que méthyltransférase m6A centrale (“writer”), a été impliquée dans les réactions inflammatoires, mais son rôle dans la régulation métabolique des ECs était encore inconnu. Cette étude révèle pour la première fois comment METTL3 médie la glycolyse excessive induite par l’OS dans les ECs via la modification m6A des gènes liés à la glycolyse (HK1/PFKFB3/GCKR), et découvre que l’inhibiteur du SGLT2 (empagliflozine) peut exercer une protection cardiovasculaire en inhibant METTL3.

II. Source de l’article

Cet article est le fruit d’une collaboration entre plusieurs institutions chinoises et américaines, avec comme auteurs correspondants les professeurs Shu Chien et John Y-J Shyy de l’University of California, San Diego. Les premiers auteurs sont Guo-Jun Zhao de la Zhengzhou University et So Yun Han de l’UC San Diego. La recherche a été publiée le 6 mai 2025 dans PNAS (Volume 122, Issue 19), sous le titre METTL3 mediates atheroprone flow–induced glycolysis in endothelial cells.

III. Méthodologie et résultats

1. Analyse du profil d’expression des gènes glycolytiques sous contrainte de cisaillement

Conception expérimentale :
- Analyse du jeu de données GSE103672 (RNA-seq de cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC) exposées à OS/PS pendant 48 heures)
- Données de scRNA-seq d’un modèle de ligature partielle de l’artère carotide chez la souris (n=6/groupe)

Découvertes clés :
- L’OS augmente significativement l’expression des gènes glycolytiques tels que HK1, PFKFB3 et ENO1 (log2FC>1,5, P,01)
- Les ECs de l’artère carotide ligaturée (zone à faible cisaillement) expriment HK2/PFKFB3 2 à 3 fois plus que le côté contrôle

Innovation technique :
Utilisation d’une stratégie de validation croisée bioinformatique, combinant des données de systèmes de cisaillement fluidique in vitro et des modèles de ligature artérielle in vivo.

2. Validation fonctionnelle de METTL3 dans la régulation de la glycolyse

Système expérimental :
- Intervention génétique : knockdown par siRNA de METTL3 vs surexpression de la forme sauvage/mutante catalytique (APPA)
- Tests fonctionnels : analyse du métabolisme énergétique cellulaire par Seahorse (valeur ECAR), dosage du lactate

Résultats :
- Le knockdown de METTL3 réduit de 40 % le taux de glycolyse induit par l’OS (ECAR, P,01)
- La production de lactate diminue simultanément de 35 % (n=6, P,05)
- Le Western blot montre une réduction de 50 à 60 % des protéines HK1/PFKFB3 et une augmentation de 2 fois de GCKR après knockdown de METTL3

Validation mécanistique :
- m6A-RIP-qPCR confirme que l’OS augmente la modification m6A dans la région 3’UTR des ARNm de HK1/PFKFB3/GCKR
- La surexpression de la déméthylase m6A FTO inverse les effets métaboliques de l’OS

3. Exploration du mécanisme d’action des inhibiteurs du SGLT2

Expériences pharmacologiques :
- Traitement par empagliflozine (10 μM, 24 heures)
- Expériences de sauvetage par surexpression de METTL3

Découvertes :
- L’empagliflozine réduit les niveaux de protéine METTL3 (mais pas d’ARNm) de 60 %
- Les changements d’expression des enzymes clés de la glycolyse sont cohérents avec le phénotype de knockdown de METTL3
- La surexpression de METTL3 neutralise l’effet inhibiteur de l’empagliflozine

Innovation technologique :
Premier modèle de recherche multi-échelles liant cisaillement, épitranscriptome et intervention pharmacologique.

4. Validation par imagerie métabolique in vivo

Avancée méthodologique :
- Développement d’une technique de traçage du métabolisme du glucose par diffusion Raman stimulée (SRS)
- Marquage de la synthèse de novo des lipides avec du glucose deutéré (D7-glucose)

Expériences animales :
- Souris avec knockout spécifique de METTL3 dans les ECs (n=7) vs souris sauvages (n=9)
- Administration d’eau contenant 3 % de D7-glucose pendant 2 semaines, puis analyse de l’aorte thoracique (zone athéroprotectrice) et de la crosse aortique (zone athérogène)

Données clés :
- Le rapport CD/CH (indicateur de synthèse lipidique) est 2,1 fois plus élevé dans la crosse aortique que dans l’aorte thoracique chez les souris sauvages (P,01)
- Le knockout de METTL3 élimine cette différence
- Le rapport NADH/flavine (indicateur redox) se normalise simultanément

IV. Conclusions et valeur de l’étude

Découvertes scientifiques :
1. Élucidation de l’axe OS-METTL3-m6A-HK1/PFKFB3/GCKR comme mécanisme central de la régulation glycolytique dans les ECs
2. Mise en évidence d’une nouvelle voie épigénétique expliquant les bénéfices cardiovasculaires des inhibiteurs du SGLT2

Signification clinique :
- Fournit une explication couplant métabolisme et mécanique pour la sélectivité régionale de l’athérosclérose
- Propose METTL3 comme cible thérapeutique potentielle pour les syndromes cardio-métaboliques

Contribution méthodologique :
- Établissement de l’imagerie SRS pour l’étude du métabolisme vasculaire
- Application innovante de l’algorithme de prédiction des sites m6A (SRAMP) en biologie

V. Points forts de l’étude

1. Mécanisme innovant : Première démonstration du couplage entre signal mécanique de cisaillement, régulation épitranscriptomique m6A et reprogrammation métabolique
   
2. Valeur translationnelle : Découverte de l’action de l’empagliflozine via une voie non canonique impliquant METTL3
   
3. Intégration technologique : Combinaison de techniques multi-omiques (scRNA-seq, imagerie SRS in vivo)
   
4. Modèle animal : Création d’un modèle murin avec knockout spécifique de METTL3 dans les ECs pour valider la pertinence clinique
   

VI. Perspectives

Les auteurs soulignent la nécessité d’étudier :
- Les mécanismes moléculaires précis de la régulation de la stabilité de la protéine METTL3
- Le rôle d’autres protéines “reader” m6A sensibles au cisaillement
- Le potentiel préventif des inhibiteurs du SGLT2 dans l’athérosclérose non diabétique