Role de l'Epac2 dans la dérégulation calcique au cours du diabète

par Magali Samia El Hayek

Projet de thèse en Physiologie, physiopathologie

Sous la direction de Ana-María Gómez García.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....) , en partenariat avec Signalisation et Physiopathologie Cardiovasculaire (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    L'AMPc, un second messager universel régulateur de nombreuses réponses physiologiques, est produit dans le cœur par la stimulation des récepteurs beta-adrénergiques (beta-AR) en situation de stress. La production d'AMPc augmente alors la force de contraction (inotropie positive), la vitesse de relaxation (lusitropie) et le rythme cardiaque (chronotropie positive). En revanche, au cours de la pathologie, comme l'insuffisance cardiaque (IC), l'élévation chronique d'AMPc participe au développement d'arythmies et d'hypertrophie cardiaque. Jusqu'à récemment, la protéine kinase A était considérée comme la cible principale de l'AMPc. Cependant, ce dogme a été remis en cause par la découverte de protéines d'échange directement activées par l'AMPc, Epac1. Depuis lors, les protéines Epac ont émergé comme des acteurs primordiaux dans les maladies cardiaques telles que l'IC, l'arythmie et l'hypertrophie, les classant comme nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Dans le diabète, les complications cardiaques, comme l'IC et les arythmies, constituent la principale cause de décès. Cependant, le rôle d'Epac dans la cardiomyopathie diabétique est inconnu. Dans le cœur, la famille Epac comprend deux isoformes; Epac1 (un site de liaison à l'AMPc) et Epac2 (deux sites de liaison à l'AMPc). En dépit de leur grande homologie, les isoformes d'Epac opèrent des fonctions subcellulaires distinctes. En effet, l'Epac1, situé dans la région nucléaire, induit une hypertrophie maladaptive via deux voies principales: Ca2+ / Calcineurin / NFAT et PLC / IP3 / Ca2+ / CaMKII / HDAC4-5 / MEF2 et peut conduire à des arythmies, alors qu'Epac2, situé aux T-Tubules, est responsable des anomalies aiguës de la signalisation de Ca2+, généralement observées dans l'IC, telles que les arythmies due à une fuite de Ca2+ du réticulum sarcoplasmique dépendant de l'activation de la CaMKII2. Bien que nos connaissances sur le rôle d'Epac dans le cœur progressent, des questions subsistent, notamment dans la cardiomyopathie diabétique, où les mécanismes sous-jacents ne sont pas clairs. Dans les cellules rénales diabétiques, l'Epac est responsable du développement de l'hypertrophie rénale et de la résistance à la leptine. Jusqu'à présent, l'impact d'Epac dans la cardiomyopathie diabétique est inconnu. Le diabète est une maladie multifactorielle où l'hyperglycémie, condition primaire du diabète, est susceptible d'affecter la signalisation d'Epac. En effet, l'hyperglycémie active la voie de la biosynthèse de l'hexosamine conduisant à la formation des groupes UDP-GlcNac et à la modification post-traductionnelle des protéines. Ce mécanisme est appelé O-Glc-NAcylation. Il s'agit d'un mécanisme rapide, similaire au processus de phosphorylation avec l'ajout d'un groupe O-GlcNAc par l'enzyme O-GlcNAc transferase (OGT) sur les résidus serine ou thréonine des protéines. Cette voie, nouvellement décrite, apparaît comme un acteur clé du diabète et de l'IC. En effet, l'O-Glc-NAcylation active la fuite de Ca2+ conduisant aux arythmies cardiaques chez des rats diabétiques, via l'activation de la CaMKII, un effecteur connu d'Epac. Cependant, le rôle de la CaMKII a été mis en évidence par l'utilisation d'inhibiteurs de la CaMKII (CaMKII-KO; KN93) ou de l'O-Glc-NAcylation masquant tous effets potentiellement induit par une régulation d'Epac2 par l'hyperglycémie (HG). Ce projet vise donc à étudier: (1) si et comment Epac2 est activé dans HG, (2) son rôle dans l'arythmie cardiaque médiée par l'HG et (3) son importance dans la cardiomyopathie diabétique in vivo.

  • Titre traduit

    Role of Epac2 in diabetic calcium mishandling


  • Résumé

    CAMP, a second universal messenger, regulator of many physiological responses, is produced in the heart by the stimulation of beta-adrenergic receptors (beta-AR) under stress. The production of cAMP then increases the force of contraction (positive inotropy), the relaxation rate (lusitropy) and the heart rate (positive chronotropy). In heart failure, chronic beta-AR stimulation induces arrhythmia and hypertrophy via cAMP elevation. Until recently, protein kinase A was considered as the primary target of cAMP. However, this dogma has been challenged by the discovery of exchange proteins directly activated by cAMP, Epac1. Since then, Epac proteins have emerged as critical players in cardiomyopathies such as HF, arrhythmia and hypertrophy, ranking them as novel potential therapeutic targets. In diabetes, cardiovascular complications, such as heart failure, are still a leading cause of death. However, the role of Epac in diabetic cardiomyopathy is unknown. In heart, Epac family includes two isoforms; Epac1 (one cAMP binding site) and Epac2 (two cAMP binding sites). Despite their high homology, Epac isoforms mediate distinct subcellular functions. The Epac1, located in the nuclear region, induces maladaptive hypertrophy via two main pathways: Ca2+/Calcineurin/NFAT and PLC/IP3/Ca2+/CaMKII/HDAC4-5/MEF2 and can lead to arrhythmia. Epac2, located at the T-Tubules, is responsible for acute Ca2+ handling defects, typically observed in HF, such as enhanced arrhythmia via CaMKII-dependent diastolic sarcoplasmic reticulum (SR) Ca leak. Even though our knowledge of Epac function is growing, questions remain, notably in diabetes where underlying mechanisms are still unclear. In diabetic kidney cells, Epac is up-regulated and mediates renal hypertrophy and leptin resistance. Thus far, the impact of Epac in diabetic cardiomyopathy is unknown. Diabetes is a multifactorial disease where hyperglycemia, the primary condition of diabetes, could potentially affect Epac signaling. Indeed, hyperglycemia activates hexosamine biosynthesis pathway leading to UDP-GlcNac groups formation and post-translational modification of proteins. This mechanism referred as O-Glc-NAcylation is fast and similar to a phosphorylation process with the addition of an O-GlcNAc group by O-GlcNAc transferase (OGT) to serine or threonine residues. This newly described pathway is emerging as a key player in diabetes and HF. Indeed, O-Glc-NAcylation mediates CaMKII-dependent SR Ca2+ leak and cardiac arrhythmia in diabetic rats19. However, CaMKII-dependent arrhythmia was highlighted by the use of CaMKII block (CaMKII-KO; KN93) or O-Glc-NAcylation block masking any high glucose (HG)-dependent Epac2 mediated effects. This proposal aims to investigate: (1) whether and how Epac2 is activated in HG, (2) its role in HG-mediated cardiac arrhythmia and, (3) its significance in diabetic cardiomyopathy.