Modélisation des ryanopathies avec des cardiomyocytes patient-spécific issus de cellules souches pluripotentes induites

Modelling ryanopathies using patient-specific induced pluripotent stem cell derived-cardiomyocytes

• Auteur / Autrice : Yvonne Sleiman
• Direction : Albano Carlo Meli, Alain Lacampagne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 21/10/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physiologie & médecine expérimentale du cœur et des muscles (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Le Guennec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Albano Carlo Meli, Alain Lacampagne, Pascale Guicheney, Patricia Lemarchand, Philippe Chevalier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Guicheney, Patricia Lemarchand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Myopathie de Duchenne

Cardiomyocytes

Ryanodine

Insuffisance cardiaque

Mots clés libres

Ryanopathies

Dysfonction cardiaque

Recepteur de la ryanodine

Cardiomyocytes dérivés des hiPSC

PMVT couplage-Court

Dystrophie de Duchenne

Ryanopathies

Cardiac dysfunction

Ryanodine receptor

HiPSC-Derived cardiomyocytes

Short-Coupled PMVT

Duchenne Muscle Dystrophy

Résumé

Malgré les avancées majeures en recherche, les maladies cardiovasculaires restent la principale cause de décès dans le monde. Les arythmies cardiaques résultent principalement des canalopathies généralement causées par des mutations dans des gènes codant pour des canaux ioniques. Des mutations du récepteur cardiaque de la ryanodine de type 2 (RyR2) conduisent à des troubles du rythme tels que la tachycardie ventriculaire polymorphe catécholaminergique (CPVT) et la mort subite cardiaque dans des conditions de stress. L'association de mutations RyR2 avec la tachycardie ventriculaire polymorphe à couplage court (SC-PMVT) au repos n'est pas claire. De plus, l'implication du RyR2 dans la pathogenèse de la cardiomyopathie dilatée (CMD) associée à la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) conduisant à des arythmies ventriculaires a également été rapportée. Cependant, les connaissances en physiologie et physiopathologie cardiaques ont été considérablement développées en utilisant des modèles d'expression hétérologues et des modèles de souris transgéniques qui ne récapitulent pas toujours le phénotype observé chez les patients. Par conséquent, les cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC) offrent de grandes possibilités de travailler avec les cellules appartenant aux patients, d'élucider des mécanismes importants responsables des maladies cardiaques notamment et de tester de nouveaux composés thérapeutiques.L’objectif principal de ma thèse était de modéliser le SC-PMVT en utilisant des cardiomyocytes (CM) dérivés de hiPSC « patient-specific » et la technologie CRISPR / Cas 9 pour aller au-delà du travail réalisé par Cheung, Meli et al., en 2015 avec le nouveau canal mutant RyR2-H29D. Mon travail a contribué à élucider le fait que les canaux mutants RyR2-H29D sont responsables d’une homéostasie calcique anormale, des propriétés contractiles et électriques anormales et un remodelage du complexe macromoléculaire RyR2. Ces anomalies ont été complètement supprimées lors de l'inversion de la mutation RyR2-H29D avec la technologie CRISPR / Cas9. De plus, nous avons constaté que la Flecaïnide et les stabilisateurs du RyR2 S107 sont efficaces pour prévenir la libération anormale de calcium (Ca2+) dans les RyR2-H29D hiPSC-CMs, contrairement au Verapamil et au Propanolol.Mon deuxième sujet de thèse portait sur la modélisation de la CMD associée à la DMD à l'aide de hiPSC-CMs « patient-specific » exploités à partir d'une cohorte de patients. Nos résultats préliminaires suggèrent que 3 mutations indépendantes de la dystrophine induisent une fuite de Ca2+ du réticulum sarcoplasmique (RS) et des propriétés contractiles anormales dans les DMD hiPSC-CMs dans des conditions physiologiques et de stress.Dans l’ensemble, mon travail de thèse a contribué à valider l'utilisation de hiPSC-CMs « patient-specific » pour modéliser des ryanopathies directement induites par des mutations ponctuelles et indirectement par d'autres conditions physiopathologiques. Ce travail de thèse renforce l’intérêt croissant que suscitent les hiPSC-CMs « patient-specific » pour élucider les mécanismes physiopathologiques des ryanopathies et proposer à terme une médecine personnalisée.

Despite major advances in the field of research, the cardiovascular diseases remain the leading cause of death worldwide. Cardiac arrhythmias are mainly the results of channelopathies which are normally caused by mutations occurring in genes coding for ion channels. Mutations of the cardiac ryanodine receptor type 2 (RyR2) lead to arrhythmogenic disorders such as the catecholamine polymorphic ventricular tachycardia (CPVT) and sudden cardiac death under stress conditions. The association of RyR2 mutations with the short-coupled polymorphic ventricular tachycardia (SC-PMVT) at rest is unclear. Moreover, the implication of the RyR2 in the pathogenesis of dilated cardiomyopathy (DCM) associated with Duchenne muscular dystrophy (DMD) leading to ventricular arrhythmias was also reported. However, the knowledges in the cardiac physiology and physiopathology have been significantly made using either the heterologous expression or transgenic mouse models which do not always recapitulate the phenotype observed in patients. Therefore, the human induced pluripotent stem cells (hiPSC) offer great opportunities to work with human somatic cells, to elucidate important mechanisms driving cardiac disease and to test novel therapeutic compounds.The main aim of my PhD thesis was to model the SC-PMVT using patient-specific hiPSC-derived cardiomyocytes (CMs) and CRISPR/Cas 9 technologies to go beyond the work achieved by Cheung, Meli et al., in 2015 with the novel RyR2-H29D mutant channels. My work contributed to elucidate that the RyR2-H29D mutant channels exhibit abnormal intracellular calcium (Ca2+) homeostasis, abnormal contractile and electrical properties and RyR2 macromolecular complex remodeling. These abnormalities were fully abolished when reversing the RyR2-H29D mutation with CRISPR/Cas9 technology. Moreover, we found that the Flecainide and RyR2 stabilizer S107 are potent to prevent the abnormal release of Ca2+ in RyR2-H29D hiPSC-CMs while Verapamil and Propanolol do not.My second thesis objective was focused on modeling the DCM associated with Duchenne muscular dystrophy (DMD) using patient-specific hiPSC-CMs exploited from a local cohort of DMD patient. Our preliminary results suggested that 3 independent dystrophin mutations induce sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ leak and abnormal contractile properties in DMD hiPSC-CMs under both physiological and stress conditions.My thesis work contributed to validate the use of patient-specific hiPSC-CMs to model ryanopathies directly induced by single-point mutations and indirectly by other pathophysiological conditions. Overall, my thesis work highlighted the increasing interest in patient-specific hiPSC-CMs to decipher the pathophysiological mechanisms behind ryanopathies and orientate toward personalized medicine.