L'activation de la phosphodiestérase de type 2 pour traiter l'insuffisance cardiaque

Activation of phosphodiesterase type 2 to treat heart failure

• Auteur / Autrice : Marta Lindner
• Direction : Rodolphe Fischmeister
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie
• Date : Soutenance le 12/10/2016
• 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 : Rodolphe Fischmeister, Ali El-Armouche, Liliana Ribeiro Vivas de Castro, Grégoire Vandecasteele
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Lugnier, Catherine Pavoine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Insuffisance cardiaque

Arythmie

GMPc phosphodiestérase

Mots clés libres

Phosphodiestérase-2

AMPc

GMPc

Signalisation β-Adrénergique

Arythmies

Phosphodiesterase-2

Camp

Cgmp

Β-Adrenoceptor signaling

Arrhythmias

Résumé

L’AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. La concentration de l’AMPc intracellulaire est régulée par les activités d'au moins deux familles d'enzymes: les cyclases et guanylyl cyclases, responsable de la synthèse de l'AMPc et du GMPc, et les phosphodiestérases (PDE) qui interviennent dans l’hydrolyse de l'AMPc et du GMPc.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 est une enzyme à double substrat qui hydrolyse à la fois l'AMPc et le GMPc et a la propriété unique d'être stimulée par le GMPc. Il a été récemment montré que la PDE2 du myocarde est augmentée dans l'insuffisance cardiaque humaine et expérimentale (IC), tandis que d'autres (par exemple PDE3 et PDE4) sont réduites. Cependant, les conséquences physiopathologiques de l'activité PDE2 renforcée dans le cœur sont inconnues.Dans ce contexte, nous avons généré des souris transgénique (TG) avec une surexpression spécifique cardiaque de l’isoforme PDE2A3 (souris PDE2 TG).Grace à l’utilisation de Western blot et de dosage radioenzymatique nous avons montré que l'AMPc cardiaque et l'activité PDE cGMP et l'activité spécifique de PDE2 sont fortement augmentées dans les PDE2 TG par rapport à des souris de type sauvage (WT).Le raccourcissement cellulaire, les transitoires calciques et le courant calcique de type L (ICa, L) ont été enregistrés dans les myocytes ventriculaires adultes de souris WT et PDE2 TG et l'isoprénaline (ISO) a été utilisée pour examiner et comparer la réponse β-adrénergique (β-AR) de ces paramètres. Nous avons montré que lors de la stimulation β-AR, la contractilité cellulaire, la transitoire Ca2+ et l’amplitude du courant ICa,L sont fortement diminués. En conséquence, la surexpression de la PDE2 dans les cardiomyocytes a réduit les taux d'AMPc et abolit l'effet inotrope après une stimulation β-AR aiguë. L'ECG mesuré par télémétrie chez la souris PDE2 TG a montré une réduction marquée de la fréquence cardiaque au repos ainsi que de la fréquence cardiaque maximale, tandis que le débit cardiaque a est entièrement préservé en raison d'une contractilité plus forte. Fait important, les souris TG PDE2 sont résistantes à des arythmies ventriculaires déclenchées et à des arythmies induites par isoprénaline.En conclusion, ce travail montre que PDE2 joue un rôle essentiel dans la régulation du couplage excitation-contraction cardiaque. La surexpression de PDE2 semble protéger les cardiomyocytes contre une stimulation excessive β-AR et réduit le risque d'arythmie lors de l'activation sympathique.L’activation de la PDE2 peut donc représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique et anti-arythmique subcellulaire dans l’insuffisance cardiaque.

Cyclic AMP (cAMP) and cyclic GMP (cGMP) are critical second messengers for the regulation of cardiac function. Intracellular cAMP concentration is regulated by the activities of at least two families of enzymes: adenylyl and guanylyl cyclases, responsible for cAMP and cGMP synthesis and cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) that mediate cAMP and cGMP hydrolysis.Among the PDE superfamily, PDE2 is a dual substrate enzyme that hydrolyzes both cAMP and cGMP and has the unique property to be stimulated by cGMP. It was recently showed that myocardial PDE2 is increased in human and experimental heart failure (HF), while other PDEs (e.g. PDE3 and PDE4) are reduced. However, the pathophysiological consequences of enhanced PDE2 activity in the heart are unknown.In this context, we generated a transgenic (TG) mouse with a heart specific overexpression of the PDE2A3 isoform (PDE2 TG mouse). Using immunoblotting and radioenzymatic assay we showed that total cardiac cAMP and cGMP PDE activity and specific PDE2 activity was strongly increased in PDE2 TG compared to wild type (WT) mice. Sarcomere shortening, Ca2+ transients and the whole L-type Ca2+ current (ICa,L) were recorded in adult ventricular myocytes from WT and PDE2 TG mice and isoprenaline (ISO) was used to examine and compare the β-adrenergic (β-AR) response of these parameters. We showed that upon β-AR stimulation, cell contractility, Ca2+ transient and ICa,L were severely blunted. Accordingly, PDE2 overexpression in cardiomyocytes reduced the cAMP levels and abolished the inotropic effect following acute β-AR stimulation. ECG telemetry in PDE2 TG mice showed a marked reduction in resting as well as in maximal heart rate, while cardiac output was completely preserved due to greater contractility. Importantly, PDE2 TG mice were resistant to triggered ventricular arrhythmias and to isoprenaline-induced arrhythmias.In conclusion, this work demonstrates that PDE2 plays a critical role in the regulation of cardiac excitation-contraction coupling. PDE2 overexpression appears to protect the cardiomyocytes against excessive β-AR drive and reduces the risk of arrhythmias during sympathetic activation. PDE2 activation may thus represent a new subcellular anti-adrenergic and anti-arrhythmic therapeutic strategy in HF.