Régulation différentielle de l’activité PKA cytoplasmique et nucléaire par les récepteurs β1- et β2-ARs dans les cardiomyocytes ventriculaires de rat adulte

Differential regulation of cytoplasmic and nuclear PKA activity by β1- and β2-ARs in adult rat ventricular myocytes

• Auteur / Autrice : Ibrahim Bedioune
• Direction : Grégoire Vandecasteele
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie
• Date : Soutenance le 06/10/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Signalisation et physiopathologie cardiovasculaire (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Poüs
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Grégoire Vandecasteele, Christian Poüs, Francesca Rochais, Chantal Gauthier-Erfanian, Frank Lezoualc'h, Rodolphe Fischmeister
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesca Rochais, Chantal Gauthier-Erfanian

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines d'ancrage aux protéines kinases A

Cyclic AMP-Dependent Protein Kinase Type II

AMP cyclique

Cardiomyocytes

Mots clés libres

Récepteur β-Adrénergique

AMPc

Pka

Akap

Compartimentation

Phosphodiestérase

Β-Adrenoceptor

Camp

Pka

Akap

Compartmentation

Phosphodiesterase

Résumé

Dans le cœur, l’activation aiguë de la voie AMPc/PKA via la stimulation des récepteurs β-adrénergiques (β-ARs) permet de réguler la contraction cardiaque alors que l’activation chronique de cette voie est délétère, car elle est source de survenue d’arythmies cardiaques et de remodelage hypertrophique du cœur. Au niveau des cardiomyocytes, Il existe principalement deux sous-types de récepteurs β-ARs ; β1- et β2-ARs, qui exercent des effets différents sur la fonction cardiaque.Dans une première partie de ma thèse, je me suis intéressé à l’étude du rôle des récepteurs β1- et β2-ARs dans la régulation différentielle de l’activité PKA cytoplasmique et nucléaire. J’ai ainsi pu montrer que contrairement aux récepteurs β1-ARs qui ont la capacité d’activer la PKA au niveau du cytoplasme et aux noyaux, les récepteurs β2-ARs activent la PKA uniquement au niveau du cytoplasme, et ce indépendamment de la capacité des récepteurs β2-ARs à induire une augmentation des niveaux d’AMPc dans les noyaux. En accord avec ces résultats, les récepteurs β1- mais pas β2-ARs activent le facteur pro-apoptotique régulé par la PKA, ICER.Dans une seconde partie de ma thèse, je me suis intéressé aux différents mécanismes responsables de l’incapacité des récepteurs β2-ARs à activer la PKA au niveau des noyaux. Mes résultats soulignent le rôle de la localisation des récepteurs β2-ARs au niveau des cavéoles, leurs couplage aux protéines Gi, leurs désensibilisation par la GRK2 ainsi que la dégradation de l’AMPc généré par ces récepteurs par la PDE3 et 4 dans la régulation de la signalisation PKA cytoplasmique et pointent vers la PDE4 comme un régulateur central permettant de limiter l’activation de la PKA holoenzyme responsable des réponses PKA nucléaires. Mes résultats montrent également que la mAKAP est un élément clé dans la transduction de la signalisation PKA nucléaire induite par les récepteurs β2-ARs et à un moindre degré, les récepteurs β1-ARs. Dans la dernière partie de ma thèse, j’ai étudié le remodelage de la signalisation PKA nucléaire induite par les récepteurs β1- et β2-ARs au cours de l’insuffisance cardiaque. J’ai ainsi pu montrer qu’en plus de la diminution de la signalisation PKA nucléaire induite par les récepteurs β1-ARs, il existe une signalisation PKA nucléaire de novo induite par les récepteurs β2-ARs dans les cardiomyocytes de rat adulte insuffisants.En conclusion, ce travail a mis à jour une nouvelle différence entre les récepteurs β1- et β2-ARs dans la signalisation PKA au niveau des noyaux des cardiomyocytes de rat adultes, et souligne le rôle important de la PDE4 et de la mAKAP dans la régulation de la signalisation PKA nucléaire induite par les récepteurs β2-ARs.

In the heart, acute activation of the cAMP/PKA pathway upon stimulation of β-adrenoceptors (β-ARs), plays a fundamental role in the regulation of cardiac function, whereas chronic activation of this pathway is deleterious, as it is responsible for cardiac arrhythmias and hypertrophic remodeling of the heart. In cardiac myocytes, there are mainly two subtypes of β-ARs: β1- and β2-ARs, which exert different effects on cardiac function.In the first part of my thesis, my work was focused on understanding the role of β1- and β2-ARs in the differential regulation of cytoplasmic and nuclear PKA activity. Hence, I have showed that unlike β1-ARs which have the capacity to induce the activation of PKA in the cytoplasm and the nucleus, β2-ARs induce the activation of PKA only in the cytoplasmic compartment, regardless of their ability to induce an increase in cAMP in the nuclei. Consistently, β1- but not β2-ARs were able to induce the activation of the pro-apoptotic factor regulated by PKA, ICER.The second aim of my thesis was to decipher the different mechanisms involved in the inability of β2-ARs to activate PKA in the nucleus. I concentrated my efforts on investigating the role of the localization of β2-ARs in caveolae, their coupling to Gi proteins, their desensitization by GRK2 as well as the hydrolysis of cAMP by PDE3 and 4 in the regulation of β2-AR-induced cytoplasmic PKA activity. My results point to PDE4 as a central regulator which limits the activation of the PKA holoenzyme pool involved in the nuclear PKA responses. My results also show that mAKAP is a key component of nuclear PKA signaling induced by β2-ARs and to a lesser extent by β1-ARs. In the last part of my thesis, I have studied the remodeling of nuclear PKA signaling induced by β1- and β2-ARs that occurs during heart failure. I showed that, besides a decrease in β1-AR-induced nuclear PKA signaling, there is a de novo β2-AR-induced nuclear PKA signaling in cardiomyocytes from rat with heart failure.In conclusion, this work uncovers a new difference in PKA signaling between β1- and β2-ARs at the nuclear compartment of adult rat cardiomyocytes and underlines the importance of PDE4 and mAKAP in the regulation of β2-AR-induced nuclear PKA signaling.