La présente invention a pour objet l'identification de nouveaux gènes codant pour des constituants cellulaires impliqués dans la régulation de l'angiogenèse. Elle concerne plus particulièrement un procédé permettant l'identification de ces gènes. Elle concerne aussi l'utilisation des facteurs codés par les gènes identifiés pour l'étude clinique du processus de l'angiogenèse, pour le diagnostic et pour le traitement de pathologies liées à ce processus ainsi que pour des essais pharmacologiques, pharmacogénomiques, ou pharmacosignalitiques.

L'angiogenèse est un processus fondamental par lequel de nouveaux vaisseaux sanguins se forment. Ce processus est essentiel dans plusieurs phénomènes physiologiques normaux tels que la reproduction, le développement ou encore la cicatrisation. Dans ces phénomènes biologiques normaux, l'angiogenèse est sous contrôle strict, c'est-à-dire qu'elle est déclenchée pendant une période courte, quelques jours, puis complètement inhibée. Cependant, plusieurs pathologies sont liées à une angiogenèse invasive et incontrôlée.

L'arthrite, par exemple, est une pathologie due à l'endommagement des cartilages par les néovaisseaux invasifs. Dans la rétinopathie diabétique, l'invasion de la rétine par les néovaisseaux conduit à l'aveuglement des malades ; la néovascularisation de l'appareil oculaire présente la cause majeure de l'aveuglement et cette néovascularisation domine une vingtaine de maladies de l'oeil. Enfin, la croissance et la métastase des tumeurs sont directement liées à la

néovascularisation et sont dépendantes de l'angiogenèse.

La tumeur stimule la croissance des néovaisseaux pour sa croissance elle-mme. De plus, ces néovaisseaux présentent les voies d'échappement des tumeurs pour joindre la circulation sanguine et provoquer les métastases dans des sites à distance comme le foie, le poumon ou l'os.

Dans d'autres pathologies telles que les maladies cardio-vasculaires, les maladies d'artères périphériques, les lésions vasculaires ou cérébrales, l'angiogenèse peut présenter une base thérapeutique importante. En effet, la promotion de l'angiogenèse dans les endroits endommagés peut conduire à la formation de néovaisseaux sanguins latéraux et alternatifs aux vaisseaux endommagés fournissant ainsi le sang et par conséquence l'oxygène et d'autres facteurs nutritifs et biologiques nécessaires aux survies des tissus concernés.

La formation de néovaisseaux par les cellules endothéliales implique la migration, la croissance, et la différentiation des cellules endothéliales. La régulation de ces phénomènes biologiques est directement liée à l'expression génétique. En matière d'angiogenèse, un nombre sans cesse grandissant d'études montre que la régulation de l'angiogenèse se fait à travers un équilibre entre des facteurs agissant directement sur la cellule endothéliale. Ces facteurs peuvent tre stimulants, d'une part, tels que le VEGF, le FGFs, l'IL-8, le HGF/SF, le PDGF, etc... Ils peuvent aussi tre inhibants, comme l'IL-10, l'IL-12, le gro-a et et le facteur plaquettaire 4, l'angiostatine, l'inhibiteur dérivé de chondrocyte humaine, la thrombospondine, le facteur inhibiteur de la leucémie, etc.... (Jensen, Surg.

Neural., 1998,49,189-195 ; Tamatani et al.,

Carcinogenesis, 1999,20,957-962 ; Tanaka et al., Cancer Res., 1998,58,3362-3369 ; Ghe et al., Cancer Res., 1997,57,3733-3740 ; Kawahara et al., Hepatology, 1998,28,1512-1517 ; Chandhuni et al., Cancer Res., 1997,57,1814-1819 ; Jendraschak et Sage, Semin. Cancer Biol., 1996,7,139-146 ; Majewski et al., J. Invest.

Dermatol., 1996,106,1114-1119).

Le contrôle de l'angiogénèse représente donc un axe stratégique, à la fois de recherche fondamentale, afin d'améliorer notre compréhension des nombreux phénomènes pathologiques liés à l'angiogénèse, mais aussi une base pour l'élaboration des nouvelles thérapies destinées à traiter les pathologies liées à l'angiogénèse.

Afin de contrôler l'angiogenèse, plusieurs groupes pharmaceutiques ont développé des stratégies thérapeutiques basées directement sur l'utilisation de signaux paracrines, les facteurs stimulateurs et inhibiteurs, comme agents pour promouvoir ou inhiber l'angiogenèse. Ces stratégies sont basées essentiellement sur l'utilisation de ces facteurs sous leur forme protéique comme agents stimulateurs ou inhibiteurs de l'angiogenèse, ou encore plus récemment sous la forme de vecteurs d'expression codant pour les facteurs choisis.

La découverte de nouvelles molécules pouvant servir de principe actif utile dans le traitement de pathologies liées à l'angiogenèse est rendue plus facile si l'on dispose de modèles d'études permettant de mener une expérimentation in vitro.

Il est possible de mettre en culture des cellules endothéliales. Une première méthode de culture consiste à mettre les cellules à adhérer sur le fond plat d'un flacon de culture, immergées dans un milieu de

culture, puis à les incuber jusqu'à obtention d'un tapis cellulaire confluent. D'autres méthodes de culture se caractérisent par le fait de mettre les cellules endothéliales à adhérer sur le fond plat d'un flacon de culture préalablement couvert par une couche d'une protéine appartenant à la famille des protéines appelées protéines de la matrice extracellulaire. Dans d'autres méthodes encore, on recouvre les cellules endothéliales d'une lattice obtenue en rétractant une protéine de cette famille telle que le collagène ou la fibrine, formant ainsi respectivement une lattice de collagène et de fibrine.

Lors de la culture des cellules endothéliales, quelle que soit la technique mise en oeuvre, après un certain temps d'incubation on obtient une monocouche d'une population cellulaire homogène.

Néanmoins, chaque population ainsi obtenue a une organisation sans rapport avec celle des cellules endothéliales différenciées formant des néovaisseaux.

Il a déjà été montré qu'il était possible lors de la culture des cellules endothéliales sous lattice de collagène ou de fibrine d'obtenir des cellules endothéliales différenciées formant des tubes capillaires in vitro, suite à la stimulation du tapis cellulaire de l'endothéliale par l'un des signaux paracrines promoteurs de l'angiogénèse (Montesano et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1986,83,7297-7301).

Ces tubes capillaires formés in vitro par les cellules endothéliales stimulées sont semblables aux néovaisseaux formées par le mme type cellulaire in vivo lors de l'angiogénèse. Ils constituent donc un modèle adapté pour la recherche de nouveaux facteurs impliqués dans la régulation de l'angiogenèse.

La régulation de l'angiogenèse se fait à travers un équilibre entre l'action de facteurs

stimulants et l'action de facteurs inhibants. Ces facteurs, qui sont eux-mmes des produits de 1'expression génétique, sont mitogéniques : ils contrôlent 1'expression de plusieurs gènes, qui sont impliqués dans la régulation de l'angiogénèse et peuvent également tre impliqués dans d'autres processus physiologiques ou pathologiques. Deux familles de gènes sont donc impliquées dans la régulation de l'angiogénès.

D'une part, la famille de la première génération des gènes codant pour des facteurs stimulateurs ou inhibiteurs. D'autre part, la famille des gènes codant pour des constituants cellulaires intimement impliqués dans la régulation de l'angiogénèse, tels que des récepteurs cellulaires, des protéines de matrice extracellulaire, des protéines d'arrimage ("docking proteins"), des protéines de pontage ("adaptator proteins"), des kinases, des phosphatases, des protéases, des glycosyltransferases, etc... Cette famille de gènes constitue donc une"famille de la deuxième génération des gènes de l'angiogenèse".

La présente invention concerne un procédé d'identification des gènes codant pour des constituants cellulaires intimement impliqués dans la régulation de l'angiogenèse et appartenant à la famille de la deuxième génération des gènes de l'angiogenèse. On entend par constituants cellulaires, des protéines, groupes de protéines ou assemblage de protéines, du type défini ci- dessous pour les produits codés par les gènes des familles de la deuxième génération. Les facteurs stimulant ou inhibant le processus contrôlent l'expression de gènes impliqués dans l'augmentation ou l'inhibition de l'angiogenèse. Deux types de profils d'expression génétique doivent donc tre étudiés : le premier est celui des cellules placées sous condition stimulatrice de l'angiogenèse, le second correspond à

celui des cellules placées sous condition inhibitrice de l'angiogenèse.

Bien que l'état physiologique des cellules sous condition inhibitrice de l'angiogenèse et celui des cellules endothéliales non stimulées soit semblable, il est important de distinguer l'expression des gènes dans les deux cas. En effet, les cellules endothéliales stimulées avec un facteur favorisant l'angiogenèse, tel que le FGF1 par exemple, et incubées avec un facteur inhibiteur de l'angiogénèse ne sont pas capables de former des néovaisseaux. De plus, plusieurs facteurs inhibant l'angiogenèse sont des agents mitogéniques et affectent 1'expression génétique tels que IL-10, IL-12, gro-a et, etc.... Les cellules endothéliales peuvent donc présenter une expression génétique en condition inhibitrice de l'angiogenèse qui est différente de 1'expression génétique d'une cellule endothéliale non stimulée. Il est donc important de comparer les profils de l'expression génétique des cellules lorsque celles-ci sont placées dans différentes conditions de culture, condition stimulatrice et condition inhibitrice de l'angiogenèse, par rapport à des conditions de culture de référence définies de façon précise.

L'identification de gènes codant pour des constituants cellulaires impliqués dans la régulation de langiogenèse est rendue possible grâce au procédé selon l'invention. Ce procédé comprend les étapes suivantes : a) la culture de cellules endothéliales sur une protéine de la matrice extracellulaire, selon quatre types de conditions différentes : une condition de référence, une condition promotrice d'angiogénèse, une condition inhibitrice d'angiogenèse, une condition de contrôle, b) l'isolement des ARN messager provenant des cellules cultivées selon les différentes conditions,

c) la comparaison sur le plan qualitatif et/ou quantitatif des différentes populations d'ARN messager, afin d'identifier les ARN messagers provenant exclusivement, ou en quantité particulièrement élevée, de cultures cellulaires sous condition stimulatrice et/ou sous condition inhibitrice de l'angiogenèse, lesdits ARN messagers correspondant aux gènes codant pour des constituants cellulaires impliqués dans la régulation de l'angiogenèse, d) éventuellement l'isolement des ARN messagers identifiés à l'étape c), leur amplification et leur purification, e) éventuellement le clonage et le séquençage des molécules d'acide nucléique obtenues lors de l'étape précédente, f) l'identification du ou des gènes correspondant aux molécules d'acide nucléique isolées, comprenant éventuellement l'expression desdits gènes dans des systèmes appropriés et le test de la protéine ainsi produite pour ses propriétés dans la régulation de l'angiogenèse.

Pour identifier les membres de la famille de la deuxième génération des gènes impliqués dans la régulation de l'angiogenèse, les inventeurs ont donc déterminé quatre types de conditions expérimentales de culture des cellules endothéliales : -les cellules cultivées sous condition de référence (CR) ne sont pas stimulées.

-les cellules cultivées sous condition promotrice d'angiogénèse (CPA) sont stimulées par un facteur angiogénique. Celui-ci peut tre, par exemple, le FGF1, le FGF2, le HGF, le PDGF, etc....

-les cellules cultivées sous condition inhibitrice d'angiogenèse (CIA) sont stimulées par un facteur

angiogénique et incubées avec un ou plusieurs facteurs anti-angiogéniques. Le facteur stimulant peut tre le FGF2, le facteur inhibant peut, par exemple, tre choisi parmi l'IL-10, l'IL-12, les chemokines gro-a ou etc...

-les cellules cultivées sous condition de contrôle (CC) sont incubées avec un facteur anti-angiogénique. Celui- ci peut tre, par exemple, l'IL-10, l'IL-12, les chemokines gro-a ou, etc...

Ces conditions de culture expérimentales sont appliquées à des cellules endothéliales cultivées selon l'un des procédés connus de l'homme du métier. La matrice de protéine extracellulaire peut notamment tre constituée par de la fibrine, du collagène, de la laminine, du Matrigel, de la fibronectine ou tout autre protéine appartenant à la famille des protéines de la matrice extracellulaire.

Les facteurs capables de stimuler ou inhiber l'angiogenèse sont choisis parmi les facteurs dont l'action sur le processus de l'angiogenèse a été démontrée (Jensen, Surg. Neural., 1998,49,189-195 ; Tamatani et al., Carcinogenesis, 1999,20,957-962 ; Tanaka et al., Cancer Res., 1998,58,3362-3369 ; Ghe et al., Cancer Res., 1997,57,3733-3740 ; Kawahara et al., Hepatology, 1998,28,1512-1517 ; Chandhuni et al., Cancer Res., 1997,57,1814-1819 ; Jendraschak et Sage, Semin. Cancer Biol., 1996,7,139-146 ; Majewski et al., J. Invest. Dermatol., 1996,106,1114-1119).

Les facteurs stimulant l'angiogenèse mis en oeuvre à l'étape a) du procédé selon l'invention sont choisis parmi : -les facteurs de croissance de fibroblaste 1 à 15 (FGF 1 à FGF 15)

-le facteur de croissance de l'épiderme (EGF) -le facteur de croissance de l'endothéliale vasculaire (VEGF) -le facteur de croissance de l'hépatocyte (HGF) -le facteur de croissance dérivé de plaquette (PDGF) -l'interleukine 8 (IL-8) -l'angiogénine -le facteur de croissance transformant (TGF).

-la neurokine midkine -la pléiotropine ou tout autre facteur de nature protéique inducteur de l'angiogenèse.

Les facteurs inhibant l'angiogenèse mis en oeuvre à l'étape a) du procédé selon l'invention sont choisis parmi : -la thrombospondine -l'angiostatine<BR> -lendostatine -le facteur plaquettaire 4 -l'interleukine 10 (IL-10) -l'interleukine 12 (IL-12) -les chimioquines gro-a et ß -1'inhibiteur dérivé de chondrocyte humaine -le facteur inhibiteur de la leucémie.

-le facteur tumoral de nécrose (TNF) ou tout autre facteur de nature protéique inhibiteur de l'angiogenèse.

Les différents facteurs régulant l'angiogenèse sont additionnés aux cultures cellulaires selon des procédures bien connues de l'homme du métier (Montesano et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1986,83, 7297-7301). Les concentrations efficaces à employer pour chacun des différents facteurs sont avantageusement les suivantes : de 1 ng/ml à 200 ng/ml.

Dans le procédé selon l'invention, il est possible que un ou plusieurs des facteurs capables de stimuler ou d'inhiber l'angiogenèse soi (en) t ajouté (s) aux cellules en culture sous la forme d'un vecteur d'expression construit de manière à permettre la synthèse du ou des facteurs dans la culture cellulaire.

Un exemple d'un tel vecteur est cité dans Tanaka et al.

(Cancer Res., 1998,58,3362-3369).

Le procédé selon l'invention comprend, à l'étape c) l'analyse du profil d'expression des gènes des cellules sous condition stimulatrice ou inhibitrice dangiogenèse. Cette analyse est fondée sur l'étude des ARN messagers des cellules endothéliales sous condition stimulatrice ou inhibitrice d'angiogenèse, par comparaison avec les ARN messager des cellules sous condition de référence et de contrôle. Ces ARN messager sont extraits des cellules par des techniques classiques (Vancopoulos et al., 1990, dans"Methods for cloning and analysis of eucaryotic genes", p 8-23, Ed. Jones and Bartlett, Boston) qui permettent d'isoler les ARN des autres constituants cellulaires. Les ARN messagers sont isolés des autres ARN, par exemple en tirant parti de la présence de la séquence poly-A présente à leur extrémité.

L'analyse des différentes populations d'ARN messager peut tre réalisée par une méthode d'affichage différentiel comprenant les étapes suivantes : -les ARN messagers sont rétro-transcrits -les molécules d'ADN obtenu par rétro-transcription sont séparées par électrophorèse -les molécules d'ADN d'intért sont détectées puis extraites du support 1'électrophorèse, -l'ADN d'intért est purifié

-1'ADN purifié peut tre utilisé comme sonde pour cribler une banque d'ADNc, il peut aussi tre directement sous clone et séquence.

L'ADN purifié peut en particulier tre utilisé comme une sonde pour cribler une banque d'ADNc, ou bien pour détecter un acide nucléique complémentaire par Northern blot.

L'affichage différentiel permet la détection simultanée de deux groupes de gènes exprimés différentiellement, par exemple certains gènes liés à un facteur angiogénique choisi parmi (a), et d'autres liés à un facteur anti-angiogénique choisi parmi (b). La technique d'affichage différentiel permet aussi de détecter des ARNm rares et de minimiser la redondance et les clones de faux positifs.

Dans le procédé selon l'invention, l'analyse des différentes populations d'ARN messager peut également tre réalisée par hybridation soustractive.

L'hybridation soustractive inclut l'isolement des ARNm, la rétro-transcription des ARNm, la construction de bibliothèques d'ADNc, la soustraction, et le criblage par hybridation différentielle.

Les deux techniques sont complémentaires et seront utilisées pour identifier les ARNm en rapport avec l'angiogénèse.

Le procédé selon l'invention est donc remarquable en ce qu'il permet l'appréciation qualitative et quantitative de l'angiogénèse, sous 1'effet de deux types de signaux paracrines, angiogéniques et anti-angiogéniques.

En outre, ce procédé permet de tester 1'effet de différentes protéines comme matrice extracellulaire (fibrine, collagène, laminine, Matrigel, fibronectine, etc...) en combinaison avec les signaux paracrines. De plus, le procédé peut tre facilement modifié pour inclure un autre type cellulaire en plus des cellules endothéliales.

Un autre aspect de l'invention consiste en l'utilisation d'un facteur identifié à l'aide du procédé dans une composition pharmaceutique destinée au diagnostic et/ou au traitement de pathologies liées à l'angiogenèse, comme par exemple l'arthrite, la rétinopathie diabétique, le cancer ou les maladies cardio-vasculaires. Un facteur identifié à l'aide du procédé selon l'invention peut également tre utilisé à des fins d'essais pharmacologiques, pharmacogénomiques, ou pharmacosignalitiques.

Un aspect supplémentaire de l'invention consiste en un kit de laboratoire pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. Un tel kit comprend les produits et réactifs utiles pour la mise en culture des cellules endothéliales sur une protéine de la matrice extracellulaire en combinaison avec un ou plusieurs facteurs angiogénique et anti-angiogénique.

Avantageusement, dans le cas d'un kit de laboratoire destiné au diagnostic un ou plusieurs facteur parmi les facteurs angiogénique et anti-angiogénique peut tre remplacé par du sérum de malade.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples qui suivent, donnés à titre non limitatif et se référant à la figure 1.

Exemple 1 : affichage différentiel : La figure 1 représente schématiquement la méthode de l'affichage différentiel de gènes impliqués dans l'angiogénèse.

Les ARNm sont extraits spécifiquement et rétro-transcrits en utilisant chacun des quatre groupes dégénérés d'amorces oligo (dT), T12MN, dans lequel M peut tre G, A, ou C ; et N peut tre G, A, T, ou C.

Chaque groupe d'amorces est défini par la base de l'extrémité 3' (N), avec une dégénérescence au niveau de la position (M). Par exemple, le jeu d'amorces dans lequel N=G est constitué par : 5'-TTTTTTTTTTTTGG-3' 5'-TTTTTTTTTTTTAG-3'<BR> 5'-TTTTTTTTTTTTCG-3' Le diagramme. du gel schématise les résultats de l'utilisation d'un seul groupe de primaire avec les cellules endothéliales sous les trois conditions expérimentales : CR = Condition de Référence (cellules endothéliales en culture sans aucune stimulation), CPA = Condition Promotrice d'Angiogenèse (cellules endothéliales stimulées par un facteur angiogénique choisi parmi (a), tel que le FGF2), CIA = Condition Inhibitrice de l'Angiogenèse (cellules endothéliales sont stimulées par un facteur angiogénique parmi (a) et un facteur anti-angiogénique parmi (b) simultanément) ; CC = Condition de Contrôle (cellules endothéliales stimulées par un facteur anti-angiogénique choisi parmi (b)).

Les lignes en pointillés de la figure 1 représentent l'ARN, les lignes continues représentent l'ADN. T12MN est l'amorce dégénérée d'oligo (dT) ; M peut tre A, G, ou G (position dégénérée) ; N peut tre A, C, G, ou T.

Exemple 2 : hybridation soustractive

La figure 2 représente schématiquement la méthode de 1'hybridation soustractive d'ADNc.

Les ARNm sont extraits de cellules placées sous différentes conditions opératoires et rétro- transcrits, afin d'obtenir les ADNc simple brin représentant les séquences des ARN exprimés dans lesdites cellules.

L'ADNc simple brin issu d'une cellule placée sous une condition opératoire, par exemple une condition stimulatrice d'angiogenèse, est hybride avec un excès d'ARN issu de cellules placées sous une autre condition opératoire, par exemple les conditions de référence.

Dans telle réaction d'hybridation, l'ADNc correspondant à des séquences exprimées dans les deux conditions opératoires formera des hybrides avec l'ARN. Au contraire, l'ADNc qui n'est pas représenté dans l'ARN restera sous forme d'ADNc simple brin.

Avantageusement, en limitant la quantité d'ARNm utilisée dans la réaction d'hybridation, cette méthode peut tre aussi utilisée pour isoler une séquence ADNc représentant un ou plusieurs ARNm sur- exprimés dans les cellules placées sous une condition opératoire donnée, par exemple une condition stimulatrice d'angiogenèse.

L'ADNc double brin et l'ADNc simple brin peuvent tre séparés, notamment par chromatographie sur une colonne d'hydroxyapatite. L'ADNc simple brin ainsi isolé correspond à un ARNm spécifiquement présent ou surexprimé dans des cellules placées sous une condition particulière de culture. Cet ADNc peut tre utilisé pour cribler une banque d'ADNc afin d'identifier, isoler et cloner le gène correspondant.