Rôles et mécanismes d’action de la protéine Epac1 mitochondriale dans les pathologies cardiaques

Roles and Mechanisms of Action of Mitochondrial Epac1 Protein in Cardiac Pathologies

• Auteur / Autrice : Marion Laudette
• Direction : Frank Lezoualc'h
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie
• Date : Soutenance le 28/05/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

AMP cyclique

ADN mitochondrial

Cardiopathies

Mots clés libres

AMPc

Epac1

Mitochondrie

Ischémie reperfusion

Mort cellulaire

Cardiomyopathie diabétique

Métabolisme énergétique

Résumé

Le cœur est un organe énergivore dont la majorité de l’ATP consommée provient du métabolisme oxydatif de la mitochondrie. Cet organite joue également un rôle central dans la régulation de l’homéostasie calcique, la production des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et l’apoptose. Ces fonctions sont dérégulées au cours de l’insuffisance cardiaque (IC). Il est donc important d’identifier les signalisations à l’origine de ces dysfonctions et de les valider en tant que cible thérapeutique pour le traitement de l’IC. Bien que le second messager AMP cyclique (AMPc) soit essentiel à la fonction cardiaque, il contribue à la progression de l’IC. Cependant, les bases moléculaires de ses effets délétères dans les pathologies cardiaques sont loin d'être élucidées. Le but de ce travail fût de déterminer les effets mitochondriaux d’une protéine effectrice de l’AMPc, Epac1. Nous avons étudié ses rôles mitochondriaux (mitEpac1) dans deux conditions de stress cardiaque connues pour perturber le fonctionnement de la mitochondrie : un stress aigu induit par une ischémie reperfusion (I/R) et un stress chronique provoqué par un régime riche en graisse (HFD) conduisant à une cardiomyopathie diabétique. Par ailleurs, nous avons caractérisé un nouvel inhibiteur pharmacologique de Epac1 appelé AM-001 et étudié ses propriétés cardioprotectrices chez la souris. D’une part, nous montrons que la délétion génique de Epac1 (Epac1-/-) chez la souris protège des lésions de l'I/R myocardique en réduisant la taille de l’infarctus. L'inhibition pharmacologique de Epac1 par le CE3F4 prévient de l'apoptose des cardiomyocytes (CM) induite par l'hypoxie/réoxygénation (HX+R). Sur le plan mécanistique, Epac1 est activé par l'AMPc produit par l’adénylate cyclase soluble (sAC). De plus, Epac1 est associé à un complexe macromoléculaire composé du canal calcique VDAC1, de la protéine chaperonne GRP75 et du récepteur type 1 à IP3. Epac1 favorise la formation de ce complexe dans des conditions HX+R pour induire une surcharge de Ca2+ mitochondriale et l’ouverture du pore de transition de perméabilité mitochondriale. MitEpac1 inhibe aussi l’activité de l'isocitrate déshydrogénase 2 diminuant ainsi la synthèse de NADPH et les capacités antioxydantes du CM. Dans un modèle de CMD induit par un stress métabolique (HFD), les cœurs Epac1-/- sont protégées de la dysfonction diastolique, de la fibrose et de l’accumulation de lipides. L’inhibition de Epac1 prévient des dysfonctions mitochondriales (production de ROS, mort cellulaire, accumulation lipidique, diminution du métabolisme oxydatif) induites par le palmitate, un acide gras (AG) lipotoxique. Au niveau moléculaire, cet AG régule positivement l’activité de Epac1 par la palmitoylation de sAC et favorise la production d’AMPc. Epac1 influence également le métabolisme énergétique en modulant l’activité des enzymes clefs de la β-oxydation (impliquée dans la dégradation des AG) et de l’ATP synthase (impliquée dans la production d’ATP) favorisant la lipotoxicité du palmitate. Ayant obtenu la preuve de concept des effets bénéfiques de l’inhibition de Epac1 dans les stress cardiaques, nous avons caractérisé un nouvel inhibiteur pharmacologique. Cette petite molécule appelée AM-001 est cardioprotectrice dans un modèle murin d’I/R. AM-001 protège de l'hypertrophie cardiaque, l'inflammation, la fibrose et améliore la fonction cardiaque lors de l'activation chronique des récepteurs β-adrénergiques par l’isoprénaline. Au niveau moléculaire, AM-001 inhibe l'action non canonique de GRK5 sur l’export nucléaire de HDAC5 régulant négativement le facteur de transcription prohypertrophique MEF2. En conclusion, nos résultats révèlent l'existence au sein de la mitochondrie de différents microdomaines AMPc-Epac1 qui contrôlent les fonctions mitochondriales et suggèrent que Epac1 constitue une cible prometteuse pour le traitement des lésions myocardiques induites par l'I/R ou un stress cardio-métabolique prolongé.