Cyclic Nucleotide Phosphodiesterases (PDEs) in Smooth Muscle : Expression, Function and Mechanism

par Kui Zhai

Thèse de doctorat en Physiopathologie moléculaire et cellulaire

Sous la direction de Véronique Leblais et de Guangju Ji.

Le président du jury était Qing-Hua LIU.

Le jury était composé de Véronique Leblais, Guangju Ji, Qing-Hua LIU, Claire Lugnier, Rodolphe Fischmeister, Zengqiang Yuan.

Les rapporteurs étaient Claire Lugnier.

  • Titre traduit

    Les phosphodiestérases des nucléotides cycliques (PDE) dans le muscle lisse : expression, fonction et mécanismes


  • Résumé

    L’objectif de cette thèse était de caractériser le rôle des différentes familles de phosphodiestérases (PDEs), les enzymes de dégradation du 3'-5'- adénosine monophosphate cyclique (AMPc), dans la régulation de la signalisation de l’AMPc dans deux types de cellules musculaires lisses (CMLs), l’aorte de rat (CMLAR) et la vessie de rat néonatal (CMLVRN). Dans les CMLARs en culture, nous avons déterminé le profil d’expression et d’activité des PDE-AMPc. Nous avons alors montré, à l’aide de la technique de FRET basée sur une sonde sensible à l’AMPc pour mesurer l’AMPc en temps réel dans une cellule isolée, que l’inhibition de la PDE4 démasque un effet d’hydrolyse de l’AMPc cytosolique par la PDE1 et la PDE3, alors que les PDE3 et PDE4 agissent de façon synergistique dans le compartiment sous-membranaire. Les mécanismes de cette compartimentation subcellulaire des signaux restent à caractériser.Dans les CMLVRNs, les PDE3 et PDE4 régulent les contractions phasiques, par des mécanismes différents. L’inhibition de la PDE4 limite les contractions stimulées par le carbachol par un mécanisme dépendant de la protéine kinase A, impliquant une augmentation de la fréquence des sparks calciques, qui entrainent l’activation des canaux potassiques BK, assurant en final une diminution des transitoires calciques. Au contraire, l’effet de l’inhibition de la PDE3 implique la protéine kinase G mais par un mécanisme qui reste à définir.En conclusion, ce travail montre que dans les CMLs, les différents familles de PDE-AMPc sont douées de spécificité de fonction et/ou de mécanisme d’action, et participent ainsi à une compartimentation subcellulaire des voies de signalisation.


  • Résumé

    The aim of the present thesis was to characterize the role of the different families of phosphodiesterases (PDEs), the enzymes degrading 3'-5'-cyclic adenosine monophosphate (cAMP), in controlling the cAMP signalling in two distinct smooth muscle cells (SMCs), the rat aorta SMC (RASMCs) and the rat bladder SMC (RBSMCs).In cultured RASMCs, we firstly characterized the pattern of cAMP-PDE expression and activity. We then showed, by using a FRET-based cAMP sensor to explore cAMP signals in living cells, that PDE4 inhibition unmasks an effect of PDE1 and PDE3 on cytosolic cAMP hydrolyzis, whereas PDE3 and PDE4 act synergistically at the submembrane compartment. The mechanisms of this subcellular compartmentation need to be characterized. In neonatal RBSMCs, we showed that both PDE3 and PDE4 are involved in regulating the phasic contractions albeit through distinct mechanisms. PDE4 inhibition inhibits the carbachol-enhanced contractions through a protein kinase A-dependent pathway involving an increase in Ca2+ sparks frequency which activates BK channels to ultimately decrease Ca2+ transients, whereas PDE3 inhibition acts through a protein kinase G-dependent pathway through a still unknown mechanism.In conclusion, our work shows that in the SMC, the different cAMP-PDE families exhibit a specificity in their function and/or mechanism of action, thus participating to a subcellular signaling compartmentation.


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