Implication des ROS mitochondriaux dans le couplage excitation contraction cardiaque

Implication of cardiac mitochondrial ROS production in cardiomyocyte signaling and cardiac rhythm

• Auteur / Autrice : Audrey Semont
• Direction : Philippe Diolez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire et Physiopathologie
• Date : Soutenance le 20/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche cardio-thoracique de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Roger Marthan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Diolez, Roger Marthan, Laura Baciou, Sylvain Richard, Jean-Pierre Mazat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laura Baciou, Sylvain Richard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rythme cardiaque

Mitochondries

Cardiomyocytes

Mots clés libres

Cardiomyocytes

Espèces radicalaires de l’oxygène

Mitochondrie

Calcium

Couplage excitation-contraction

Reactive oxygen species

Mitochondrion

Excitation-contraction coupling

Cardiomyocytes

Calcium

Résumé

L’activation électrique des cardiomyocytes, via le courant de dépolarisation qu’elle induit, est primordiale dans la contraction cardiaque qui requiert l’adéquation de la production d'énergie par les mitochondries et des besoins énergétiques de l’appareil contractile. Les espèces radicalaires de l'oxygène (ROS) ont été récemment impliquées dans la régulation de nombreux acteurs du couplage excitation-contraction cardiaque. L’objectif de ce travail est d’explorer l'implication des ROS d'origine mitochondriale dans la régulation du couplage excitation-contraction au niveau du cardiomyocyte, en conditions physiologiques et pathologiques. C’est à cette fin qu’un modèle de surproduction endogène de ROS par addition de succinate - substrat énergétique mitochondrial - dans des cardiomyocytes isolés de cœur de rat a été mis au point. Différents protocoles pharmacologiques utilisant différents antioxydants (Trolox, MitoTEMPO et EUK) nous ont permis d’établir l'origine mitochondriale des ROS produits en présence de succinate. Enfin une étude pharmacologique utilisant la molécule OP2113 (inhibiteur spécifique de la production mitochondriale de ROS au niveau du complexe I de la chaine respiratoire- Brevet Philippe Diolez) nous a permis d'établir qu'environ 80% de cette production provenait du complexe I de la chaîne respiratoire. Notre travail s’est alors attaché à étudier, sur des cardiomyocytes isolés battants, les effets des ROS mitochondriaux sur différents paramètres du couplage excitation-contraction. Le succinate, via une surproduction de ROS mitochondriaux, provoque une baisse de 50% de l'amplitude de la contraction. L’amplitude de la contraction initiale est rétablie en présence de Trolox, MitoTEMPO ou OP2113, ce qui indique l'implication des ROS mitochondriaux et plus spécifiquement ceux produits au niveau du site IQ. Cette surproduction de ROS induit également une diminution de l’amplitude du transitoire calcique impliquant une diminution de la concentration en calcium systolique au cours de la contraction. Ces effets sont annulés en présence de Trolox et OP2113. Nous nous sommes alors attachés à moduler la concentration mitochondriale de calcium grâce à la cyclosporine A (inhibiteur du pore de transition mitochondrial) et au Ru360 (inhibiteur de l'entrée de calcium dans la mitochondrie). Il s’est avéré que ces inhibiteurs induisent une production de ROS insensible au Trolox et à OP2113 dont l'origine reste à établir. En conclusion une augmentation de la production mitochondriale de ROS se traduit par une diminution de la contraction intracytosolique et du transitoire calcique. L'ensemble de nos résultats illustre donc l’importance majeure de la mitochondrie dans le couplage excitation-contraction. Nos résultats ouvrent de nouvelles perspectives thérapeutiques dans le contexte de l’insuffisance cardiaque aigue ou chronique.

The electrical activation of the cardiomyocyte through a generated depolarisation current is essential in the cardiac contraction, which requires the adequacy of the mitochondrial energy production and the energy needs of the contractile system. Radical oxygen species (ROS) have recently been involved in the regulation of many actors of the excitation-contraction coupling. The aim of this study was to explore the involvement of mitochondrial ROS in the regulation of the excitation-contraction coupling in cardiomyocytes, under physiological and pathological conditions. A model of endogenous ROS overproduction with the use of succinate was developed in isolated rat cardiomyocytes. Different pharmacological protocols, using various antioxidants (Trolox, Mito-Tempo,EUK and OP2113) allowed us to establish the mitochondrial origin of ROS production. Finally, the use of OP2113, (a specific inhibitor of mitochondrial ROS production, Patent P.Diolez) enabled us to establish that approximately 80 % of ROS production came from complex I in the respiratory chain. To start with, isolated cardiomyocytes were used to study the effects of mitochondrial ROS on different excitation-contraction coupling parameters. Succinate induced an overproduction of mitochondrial ROS, which lead to a drop of 50% of the contraction amplitude. The initial amplitude of contraction wasrecovered with addition of Trolox, Mito Tempo or OP2113, which demonstrates the implication of mitochondrial ROS produced at the site of Iq. Secondly, the overproduction of ROS leadsto a decrease of the calcium transient amplitude, due to a decrease of systolic calcium concentration during contraction. These effects were inhibited by Trolox and OP2113. Finally, mitochondrial calcium concentration was modulated with the use of Cyclosporin A (mitochondrial transition pore inhibitor) and Ru360 (mitochondrial calcium entry inhibitor). The inhibitors induced a ROS production unresponsive to Trolox and OP2113. The origin of which remains to be established. To conclude, an increase of mitochondrial ROS production results in a decrease of contraction amplitude and calcium transients. Our overall results demonstrate the critical significance of the mitochondrion in the excitation-contraction coupling. Our results open new therapeutic perspectives in the context of acute or chronic heart failure.