Exploration des mécanismes de régulation du tonus vasculaire par les phosphodiestérases des nucléotides cycliques et de leur altérations dans un modèle d'insuffisance cardiaque

par Sarah Idres

Thèse de doctorat en Physiologie, physiopathologie

Sous la direction de Véronique Leblais.

Le président du jury était Denis David.

Le jury était composé de Véronique Leblais, Denis David, Bijan Ghaleh-Marzban, Christelle Guibert, Claire Lugnier, Boris Manoury.

Les rapporteurs étaient Bijan Ghaleh-Marzban, Christelle Guibert.


  • Résumé

    Les nucléotides cycliques (NC) apparaissent comme des régulateurs majeurs du tonus vasculaire. Produits dans les cellules musculaires lisses (CMLs) par les cyclases, les NC agissent par l’intermédiaire des protéines effectrices qui modulent de nombreux mécanismes régulateurs de la vasomotricité. Les phoshodiestérases (PDEs) qui dégradent les NC assurent le contrôle spatiotemporel de leur réponse biologique. L’objectif de mon travail était de préciser les mécanismes par lesquels le tonus artériel est contrôlé par certaines PDEs. J’ai réalisé cette exploration en utilisant des artères coronaires ou mésentériques de rat, en situation physiologique puis dans un modèle d’insuffisance cardiaque (IC) chronique.Dans la première partie de mon travail, nous nous sommes intéressés au mécanisme par lequel les PDE3 et PDE4 régulent le tonus de l’artère coronaire.Par une approche expérimentale plus intégrée de réactivité vasculaire sur artère coronaires isolées, nous avons montré l’importance du canal potassique BK(Ca) dans l’effet relaxant des inhibiteurs de PDE3 et PDE4. De plus, nous avons constaté une contribution différentielle de ces canaux selon le mode de stimulation de la génération d’un NC, l’AMPc. A l’échelle de la CML, notre étude a permis de suggérer l’existence d’un signalosome impliquant les PDE3/PDE4 et du canal potassique BK(Ca), indiqué par la technique de Proximity Ligation Assay. En accord avec cette hypothèse, le contrôle des BK(Ca) par ces PDEs a pu être mis en évidence par la technique du Patch-Clamp. De manière intéressante, la contribution du couplage fonctionnel entre le canal BKCa et les PDE3 et PDE4 n’a pas été retrouvée dans les artères isolées de rats atteints d’IC. Ceci pourrait être expliqué par une diminution de l’expression des canaux BK(Ca) ainsi que, au moins partiellement, par une raréfaction de leur localisation à proximité de la PDE4B.Dans la deuxième partie de mon travail nous avons exploré les rôles des PDE3, PDE4 et de la PDE2 en particulier, dans la régulation du tonus de l’artère mésentérique de rats atteints d’IC, en comparaison aux rats contrôles. En effet, la contribution de la PDE2 est suggérée par la capacité d’un inhibiteur sélectif de cette enzyme à diminuer la réponse des artères isolées à une stimulation vasocontractante. Nous avons ensuite exploré les effets de cet inhibiteur dans d’autres types de réponses impliquant les NC.L’ensemble de ces travaux ajoute un niveau de complexité à la compréhension des mécanismes de la régulation de la vasomotricité des artères de résistance par les PDEs. Les altérations de cette voie de signalisation que nous avons mises en évidence dans l’IC pourraient contribuer à la dysfonction vasculaire qui accompagne la maladie.

  • Titre traduit

    Study of the regulatory mechanisms of vascular tone by cyclic nucleotide phosphodiesterases and their alterations in heart failure model.


  • Résumé

    Cyclic nucleotides (CN) appears to be important regulator of vascular tone. Produced in smooth muscle cells (SMCs) by cyclases, CN act through activation of key effectors involved in the regulation of vascular tone. Phoshodiesterases (PDEs), which degrade CN, provide spatiotemporal control of their biological responses. The aim of my work was to understand how vascular tone is controlled by some PDEs and how it is altered during heart failure (HF). For this, I used rat coronary and mesenteric arteries.In the first part of my work, we were interested in defining the contribution of PDE3 and PDE4 in the regulation of coronary tone. Using vascular reactivity technique, we demonstrate the importance of large-conductance Ca2+-activated potassium channel (BK(Ca)) channel in the relaxant effect of PDE3 and PDE4 inhibitor. Moreover, their contribution was different depending on the mode of cAMP production, a type of CN. At the cellular level, Proximity Ligation Assay experiments suggest the existence of a signalosome that involves PDE3/PDE4 andBK(Ca). According to this result, the control of BK(Ca) activity by these PDEs was demonstrated using the Patch-Clamp technique. Interestingly, the contribution of the functional coupling involving the BK(Ca) and PDE3/PDE4 is lost during HF. This may be explained by the decrease of BK(Ca) expression and [BK(Ca)-PDE4B] duplex signal in coronary arteries isolated from HF rat.In the second part of my work, we investigated the role of PDE3, PDE4 and PDE2 particularly, in the regulation of rat mesenteric artery tone during HF. In fact, PDE2 selective inhibitor, decreased the contractile response of isolated arteries. Then, we investigated the effect of PDE2 inhibition in other pathway that involve CN.Our findings underline the complexity of PDEs in the regulation of resistance artery tone. During HF, some CN signaling pathway are impaired leading to vascular dysfunction which can aggravate the pathology.


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