Published October 16, 2017 | Version v1
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Phenotypic changes in irradiated endothelial cells and roles in lung injury following radiation therapy

Description

Radiation-induced endothelial dysfunction is known to participate to the development of normal tissue damage. PAI- is implicated in the phenotypic changes of irradiated endothelial cells and KOendo mice are protected from radiation damage to the gut. Contrary to the digestive tract, lung is a flexible organ and this may have important consequences on its response to radiation exposure. Our first aim was to investigate in the lung the role previously demonstrated for PAI-1 in irradiated gut. In this way, whole thorax of PAI-1 KOendo and floxed mice were exposed to 17 Gy. Histological analyzes showed that PAI-1 KOendo induces a worsening of injuries at 2 and 13 weeks. Consequently, contrary to the gut no protection from radiation-induced lung damage is observed in PAI-1 KOendo mice. As opposed to the gut, in lung a better tolerance to high doses per fraction on a small volume is possible. Our second aim was to study the effects of a single high dose stereotactic irradiation on pulmonary tissues. Histological analyzes and scanner imaging show important injuries on the targeted volume. An ipsilateral edema can also be observed 2 weeks after irradiation but not at later times. Ipsilateral lung is moreover importantly damaged. A thickening of alveolar septa is notably observable. A transcriptomic analysis show important similarities between tissues from the ipsilateral lung and the focal lesion. As really highly damages have been observed in both scanner and histological analyzes, we decided to perform forced physical activity test on treadmill. A drastic decrease of maximal distance traveled has been observed from two weeks. These experiments highlighted a deficiency in respiratory function and all of these results show the importance of non-targeted irradiated pulmonary volume in the development of radiation-induced fibrosis. Effect of an endothelium-specific deletion of HIF-1a has been investigated in this model of stereotactic irradiation. Only few differences have been observed between KOendo and control mice. Experiments are ongoing to elucidate the protective effect shown in others studies. (author)

Abstract (French)

La radiotherapie thoracique peut induire le developpement de pneumonites aigues et de fibroses pulmonaires. Actuellement, aucune solution efficace n'existe pour traiter ces lesions ou prevenir leur developpement. La dysfonction du systeme vasculaire est connue pour participer au developpement de lesions radiques au niveau des tissus sains. Dans l'intestin, un KO endothelial de PAI-1 protege les souris de la fibrose radio-induite. Le premier objectif de ce projet est d'explorer le role de PAI-1 dans l'apparition de la fibrose radique pulmonaire et d'etudier par consequent l'importance de l'organisation tissulaire. L'irradiation thoracique de souris a 17 Gy altere severement le parenchyme pulmonaire, avec un epaississement des septas alveolaires, un infiltrat de neutrophiles et une accumulation de fibrine. L'analyse histologique revele qu'un KO endothelial de PAI-1 aggrave les lesions a 2 et 13 semaines. Cette invalidation ne protege donc pas les animaux des dommages radiques pulmonaires. L'organisation tissulaire semble ainsi avoir un impact determinant sur les mecanismes cellulaires et moleculaires a l'origine des lesions. L'organisation en parallele du poumon permet d'envisager une tolerance a de fortes doses d'irradiation et de tres fortes doses par fraction sur des petits volumes. Ceci correspond au principe de la radiotherapie en conditions stereotaxiques utilisee pour le traitement des tumeurs pulmonaires de stade precoce. De telles irradiations a une dose de 90 Gy avec un collimateur de 3 mm x 3 mm ont ete realisees chez la souris grace a un SARRP. Les analyses histologiques montrent une perte totale des structures alveolaires et un fort infiltrat inflammatoire au niveau de la zone cible. Un oedeme est observable dans l'ensemble du poumon ipsilateral deux semaines apres irradiation bien que celui-ci se resorbe par la suite. Le poumon ipsilateral est d'ailleurs egalement affecte par des alterations de structure, tel un epaississement des septa alveolaires. Ces bouleversements se traduisent au niveau transcriptomique via la forte ressemblance des profils d'expression genique du poumon ipsilateral et de la lesion focale. A la vue de l'ensemble de ces alterations, un test a l'effort a ete realise pour evaluer l'impact potentiel sur la fonction pulmonaire. Les resultats mettent en evidence une diminution des performances des animaux, et donc de leurs capacites pulmonaires. Les analyses sont a approfondir au niveau du poumon contralateral mais ces resultats demontrent l'importance de s'interesser aux tissus sains situes hors du volume cible mais recevant des fractions variables de la dose de traitement. L'effet d'un KO endothelial de HIF-1a a d'autre part ete investigue sur ce modele d'irradiation. Assez peu de differences ont globalement ete remarquees par rapport aux animaux controles. Des travaux sont en cours pour poursuivre ces analyses et essayer d'elucider les effets protecteurs observes dans d'autres etudes. (auteur)

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Additional titles

Original title (French)
Changements phenotypiques des cellules endotheliales irradiees au cours du developpement des lesions radiques pulmonaires

Publishing Information

Imprint Pagination
192 p.
Report number
FRNC-TH--13213

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Notes
163 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses