Régulation du couplage excitation-contraction cardiaque par les phosphodiestérases des nucléotides cycliques

par Delphine Mika

Thèse de doctorat en Physiopathologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Rodolphe Fischmeister et de Grégoire Vandecasteele.


  • Résumé

    L’AMPc est le second messager crucial dans la régulation neurohormonale de la fonction cardiaque. Il module les flux de Ca2+ responsables de la contraction. Classiquement, les effets cardiaques de l’AMPc sont attribués à l’ activation de protéines kinases AMPc-dépendantes (PKA) qui phosphorylent plusieurs protéines clés du couplage excitation-contraction (CEC), parmi lesquelles le canal calcique de type L (LTCC), le récepteur de la ryanodine (RyR2), le phospholamban (PLB), la troponine I (TnI) et la protéine C de liaison à la myosine (MyBPC). Au niveau fonctionnel, une augmentation aigüe de l’AMPc se traduit par des effets chronotrope (augmentation de la fréquence cardiaque), dromotrope (augmentation de la vitesse de conduction), inotrope (augmentation de la force de contraction) et lusitrope (augmentation de la relaxation) positifs. Les niveaux d’AMPc sont régulés par l’activité des adénylate cyclases et des hosphodiestérases des nucléotides cycliques (PDE). Dans le coeur, il existe 4 familles principales de PDE, PDE1 activée par le complexe Ca2+/calmoduline, PDE2 et PDE3 respectivement activée et inhibée par le GMPc et PDE4, spécifique de l’AMPc. Dans une première partie de mon travail, j’ai caractérisé la contribution respective de PDE2, PDE3 et PDE4 dans la régulation de l’AMPc et du couplage excitation-contraction cardiaque (CEC) basal et sous stimulation b-adrénergique (b-AR) dans les myocytes ventriculaires de rat adulte. PDE2 et PDE3 semblent plus importantes pour réguler la contraction cellulaire et les transitoires calciques dans des conditions basales, alors que PDE4 est sans effet. Cependant, celle-ci devient déterminante dans la régulation du CEC quand les taux d’AMPc dans la cellule sont augmentés, par exemple lors d’une stimulation b-AR. Dans les myocytes cardiaques chez le rongeur, trois gènes codent pour PDE4 (PDE4A, PDE4B et PDE4D). L’invalidation du gène PDE4D chez la souris provoque une cardiomyopathie dilatée liée à la perte d’un variant de PDE4D, la PDE4D3 au niveau du RyR2. Le rôle respectif de PDE4A et PDE4B dans le coeur n’est pas connu. Dans une seconde étude, nous montrons que les isoformes PDE4B et PDE4D font partie du complexe organisé autour du LTCC, mais que seule PDE4B régule le courant calcique de type L lors d’une stimulation b-AR, suggérant un contrôle de l’entrée de Ca2+ dans la cellule par l’isoforme PDE4B. Cette isoforme est cruciale pour la régulation b-AR du CEC cardiaque et de l’arythmogénèse.


  • Résumé

    Cyclic AMP (cAMP) is a critical second messenger for the regulation of cardiac function. An acute increase in cAMP level leads to positive chronotropic (increase in heart rate), dromotropic (increase in conduction velocity), inotropic (increase in contractility) and lusitropic (increase in relaxation) effects. CAMP levels are regulated by adenylyl cyclase and cyclic nucleotide phosphodiesterase (PDE) activity. In heart, we distinguish 4 principal PDE families degrading cAMP: PDE1, activated by Ca2+/calmodulin complex, PDE2 and PDE3 respectively activated and inhibited by cGMP, and PDE4, specific for cAMP. In the working myocardium, cAMP modulates calcium fluxes responsible for the contraction. Cardiac effects of cAMP are mediated by cAMP-dependant protein kinase (PKA) which phosphorylates several key excitation-contraction coupling (ECC) proteins, such as L-type Calcium Channel (LTCC), Ryanodine Receptor (RyR2), phospholamban (PLB), troponin I (TnI) and myosin binding protein C (MyBP-C). In a first part, I characterized the respective contribution of PDE2, PDE3 and PDE4 families in the regulation of cAMP levels and cardiac ECC in basal conditions or after a b-adrenergic (b-AR) stimulation in adult rat ventricular myocytes. PDE2 and PDE3 regulate cell contraction and calcium transients in basal conditions whereas PDE4 remains silent. However, PDE4 becomes crucial in the regulation of ECC when cAMP levels are elevated in the cell, for example during a b-AR stimulation. In rodent cardiac myocytes, 3 genes encode for PDE4 (PDE4A, PDE4B and PDE4D). So far our knowledge about PDE4 in the heart is limited to the PDE4D gene. The deletion of this gene in mouse leads to a dilated cardiomyopathy which is related to the loss of a specific splice variant of this gene, PDE4D3, in the RyR2 complex. In a second part, we showed that PDE4B and PDE4D isoforms are part of the LTCC complex, but only PDE4B is involved in the b-AR regulation of the L-type calcium current, suggesting a control of Ca2+ entry in the cell by PDE4B. This isoform is crucial for the b-AR regulation of cardiac ECC and arrhythmogenesis

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Informations

  • Détails : 1 vol. (147 f.- [47] f. de pl.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 120-147

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine). Service Commun de la Documentation. Section Pharmacie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 10PA114854 B
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