Rôle de la transglutaminase 2 dans le développement de l'insuffisance cardiaque

par Maxime Branchereau

Thèse de doctorat en Physiologie cardiaque

Sous la direction de Christophe Heymes.

Soutenue en 2016

à Toulouse 3 .

mots clés

• Transglutaminase 2
• Insuffisance cardiaque
• Remodelage
• Transglutaminase -- Thèses et écrits académiques
• Insuffisance cardiaque -- Thèses et écrits académiques
• Remodelage ventriculaire -- Thèses et écrits académiques

Résumé

L'insuffisance cardiaque est une cause majeure de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Ce syndrome est le résultat de nombreuses maladies cardiaques qui induisent dans un premier temps un remodelage adaptatif du coeur : 1 'hypertrophie ventriculaire gauche(HVG). Cette HVG est associée à une réorganisation de la matrice extracellulaire (MEC)nécessaire dans la phase aigüe du remodelage mais délétère à long terme. Comme d'autres gènes, celui de la transglutaminase 2 (TG2) se retrouve surexprimé dans le cadre d'une HVG. La TG2 est une protéine multifonctiounelle très complexe qui peut agir comme transglutaminase (liaison entre acides aminés), GTPase (petite protéine G des récepteurs a-adrénergiques), protéine isomérase-disulfide et kinase. La régulation de ces fonctions est liée à sa structure tridimensionnelle qui est déterminée par son environnement en fonction des concentrations de calcium et de GTP. Zhang et ses collaborateurs ont démontré que de la surexpression de la TG2 entrainait une HVG (Zhang et al. , 2003). Par conséquent, l'inhibition de la TG2 pourrait présenter un intérêt thérapeutique dans le cadre d'une HVG. Notre étude s'intéresse donc aux conséquences de l'absence de la TG2 sur le remodelage précoce et tardif du coeur. Pour cela, des souris invalidées pour le gène de la TG2 totalement(TG2 KO) ou spécifiquement dans le cardiomyocyte (TG2 CRE +) ont subi une constriction de l'aorte thoracique (TAC) pour induire une HVG par surcharge de pression. Les souris TG2KO développent une HVG plus importante dès 7 jours par rapport à leurs contrôles suite à une TAC. Cette hypertrophie est associée à une atteinte de la fonction cardiaque avec une défaillance systolique et diastolique observée par échocardiographie et cathétérisme ventriculaire gauche. Paradoxalement, la fonction contractile et la transitoire calcique des cardiomyocytes issus des TG2 KO, ne sont pas impactées suite à la TAC. De plus, lorsque laTG2 est invalidée uniquement dans le cardiomyocyte (TG2 CRE +), il n'y a plus de différence d'hypertrophie et de fonction suite à une TAC. Ces résultats semblent corncider avec la localisation de la TG2 dans le milieu extracellulaire révélée par immunohistochimie. Par conséquent, k rôle de la TG2 dans la MEC semble prévaloir sur son rôle dans le cardiomyocyte. D'autant plus qu'une augmentation de la fibrose avec une surexpression des collagènes 1 et 3 a été observée dans les coeurs des TG2 KO après TAC. Ainsi, ces souris présentent un coeur plus fibrotique et une mauvaise adaptation à la surcharge de pression sans une atteinte de la contractilité des cardiomyocytes. En conclusion, la TG2 est fortement présente au sem de la MEC et non dans le cardiomyocyte. Son rôle dans la stabilisation des composants de la MEC (collagènes, fibronectine ) et l'adhésion cellulaire (via les intégrines) apparait comme crucial dans l'adaptation du coeur à une surcharge de pression. Enfin, la surexpression de la TG2 dans l'insuffisance cardiaque n'est peut-être pas une cause mais une conséquence de cet état pathologique. Toutefois, l'utilisation d'un inhibiteur spécifique de la TG2 peut avoir un intérêt thérapeutique pour contrôler ces activités dans la MEC et dans le développement de la fibrose.

Titre traduit

Transglutaminase 2 in heart failure development

Résumé

Heart failure is a major cause of death and morbidity in industrialized countries. This syndrome result from severa! heart diseases that initially induce an adaptive heart remodeling: Jeft ventricular hypertrophy (LVH). LVH is associated with an extracellular matrix (ECM)reorganization which is necessary in the acute phase of remodeling but long-term deleterious. Like others, gene of transglutaminase 2 (TG2) is found overexpressed in LVH. TG2 is very complex multifunctional protein that can act as transglutaminase (bond between aminoacids), GTPase (small G protein of the a-adrenergic receptors), protein disulfideisomerase-and kinase. Regulation of these functions depends on its three-dimensional structure which is determined by its environment according to the calcium and GTP concentrations. Zhang and colleagues demonstrated that TG2 overexpression was able to cause LVH. Therefore, inhibition of TG2 may offer a therapeutic value for heart failure. This study focuses on the consequences of the Jack of TG2 on the earl y and Jate heart remodeling. Mice invalidated completely for the TG2 gene (TG2 KO) or specifically in cardiomyocytes (TG2 CRE +) were submitted to a thoracic aortic constriction (TAC) to induce LHV by pressure overload. TG2 KO mice develop greater LHV at 7 and 28 days compared to their controls. This hypertrophy is associated with a heart functional defect characterized by asystolic and diastolic dysfunction measured by echocardiography and left ventricular pressure catheter. However, contractile function and calcium transient of isolated cardiomyocytesderived from TGi KO, are not modified after TAC. In addition, when TG2 is disabled on! y in the cardiomyocyte (TG2 CRE + ), its makes no difference for L VH and function after TAC. These results seem to be in agreement with the TG2 Jocalization in the extracellular medium revealed by immunohistochemistry. Therefore, the role of TG2 in the MEC seems to prevail over his role within the cardiomyocyte. Moreover, an increased fibrosis content (associated to an increased expression of collagen 1 and 3 genes) was observed in the hearts of TG2 KOafter TAC. Thus, these mice exhibit fibrotic hearts that impact the myocardium adaptation to pressure overload without a cardiomyocyte contractile dysfunction. In conclusion, TG2 is strongly present in ECM and not in the cardiomyocyte. IT's role in the stabilization of ECM components (collagen, fibronectin. . . ) and cell adhesion (via integrins) appears to be crucialfor the cardiac adaptation to increased pressure overload. Finally, TG2 overexpression in heart failure may not be a cause but a consequence of this disease. However, the use of as pecifie TG2 inhibitor may be tested in order to validate these results in our TAC model but also in others experimental models of HF, such as myocardial infarction.