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Modeling of the effects of IL-17 and TNF-? on endothelial cells and thrombus growth - 08/12/17

Modélisation des effets des cytokines IL-17 and TNF-? sur les cellules endothéliales et la croissance du thrombus

Doi : 10.1016/j.crvi.2017.10.002 
Anass Bouchnita a, b, , Pierre Miossec c, Alen Tosenberger d, Vitaly Volpert e, f, g
a Laboratoire de biométrie et biologie évolutive (LBBE), UMR 5558 CNRS, Université Lyon-1, 69376 Lyon, France 
b Mohammadia School of Engineering (EMI), Université Mohammed-V, 10080 Rabat, Morocco 
c Department of Clinical Immunology and Rheumatology, Immunogenomics and Inflammation, Research Unit EA 4130, Hôpital Édouard-Herriot, Université de Lyon, 69437 Lyon, France 
d Unité de chronobiologie théorique, Faculté des sciences, Université ibre de Bruxelles (ULB), campus Plaine, CP 231, 1050 Bruxelles, Belgium 
e Institut Camille-Jordan (ICJ), UMR 5208 CNRS, Université Lyon-1, 69622 Villeurbanne, France 
f Intitut national de recherche en informatique et automatique (INRIA), Team Dracula, INRIA Lyon La Doua, 69603 Villeurbanne, France 
g RUDN University, ul. Miklukho-Maklaya 6, 117198 Moscow, Russia 

Corresponding author.

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Abstract

Rheumatoid and psoriatic arthritis are chronic inflammatory diseases, with massive increase of cardiovascular events (CVE), and contribution of the cytokines TNF-α and IL-17. Chronic inflammation inside the joint membrane or synovium results from the activation of fibroblasts/synoviocytes, and leads to the release of cytokines from monocytes (Tumor Necrosis Factor or TNF) and from T lymphocytes (Interleukin-17 or IL-17). At the systemic level, the very same cytokines affect endothelial cells and vessel wall. We have previously shown [1, 2] that IL-17 and TNF-α, specifically when combined, increase procoagulation, decrease anticoagulation and increase platelet aggregation, leading to thrombosis. These results are the basis for the models of interactions between IL-17 and TNF, and genes expressed by activated endothelial cells. This work is devoted to mathematical modeling and numerical simulations of blood coagulation and clot growth under the influence of IL-17 and TNF-α. We show that they can provoke thrombosis, leading to the complete or partial occlusion of blood vessels. The regimes of blood coagulation and conditions of occlusion are investigated in numerical simulations and in approximate analytical models. The results of mathematical modeling allow us to predict thrombosis development for an individual patient.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Les polyarthrites rhumatoïdes et psoriasques sont des maladies inflammatoires chroniques, caractérisées par une augmentation massive du risque d’événements cardiovasculaires (ECV) et par une contribution des cytokines TNF-α et IL-17. L’inflammation chronique à l’intérieur de la synoviale articulaire, ou membrane, conduit à l’activation des fibroblastes/synoviocytes et mène à la libération de cytokines par des monocytes (facteur de nécrose tumorale ou TNF) et des lymphocytes T (interleukine-17 ou IL-17). Au niveau systémique, les mêmes cytokines affectent les cellules endothéliales et la paroi du vaisseau. Nous avons précédemment montré [1, 2] que l’IL-17 et le TNF-α, en particulier lorsqu’ils sont combinés, favorisent l’activité procoagulante, diminuent l’anticoagulation et augmentent l’agrégation plaquettaire, ce qui conduit au développement d’une thrombose. Ce constat est basé sur des modèles d’interactions entre IL-17, TNF-α et des gènes exprimés par des cellules endothéliales activées. Ce travail est consacré à la modélisation mathématique et à la simulation numérique de la coagulation sanguine et de la croissance du caillot sanguin sous l’influence de l’IL-17 et TNF-α. Nous montrons qu’ils peuvent provoquer une thrombose conduisant à l’occlusion complète ou partielle des vaisseaux sanguins. Les régimes de coagulation du sang et les conditions d’occlusion sont examinés par des simulations numériques et à travers des modèles analytiques approximatifs. Les résultats de la modélisation mathématique permettent de prédire le développement de la thrombose chez un patient individuel.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Rheumatoid arthritis, Psoriatic arthritis, TNF and IL-17, Thrombosis, Mathematical modeling

Mots clés : Polyarthrites rhumatoïdes, Polyarthrites psoriasques, TNF et IL-17, Thrombose, Modélisation mathématique


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Vol 340 - N° 11-12

P. 456-473 - novembre 2017 Retour au numéro
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