Role of Epac2 in high glucose-mediated cardiac calcium mishandling.
Rôle de l'Epac2 dans l'altération de la signalisation calcique cardiaque induite par les fortes concentrations de glucose.
Résumé
Epac2 (Exchange Protein directly Activated by cAMP) has emerged as a critical player in cardiomyopathies, such as heart failure and arrhythmia, also seen in diabetes. Recently, we found that diabetic hyperglycemia leads to CaMKII-dependent sarcoplasmic reticulum (SR) Ca²⁺ leak, a downstream effector of Epac2. However, the role of Epac2 in hyperglycemia-mediated SR Ca²⁺ leak is still unknown. My thesis work shows that adult mouse cardiomyocytes exposed to high glucose concentrations exhibit an increase of diastolic SR Ca²⁺ leak, which is pro-arrhythmogenic, without altering the Ca²⁺ released needed for cell contraction. This SR Ca²⁺ leak is reduced by pharmacological or genetic inhibition of Epac2. This Ca²⁺ leak is related to an increase of the open probability of the ryanodine receptor (RyR), which is prevented by Epac2 inhibition. Interestingly, the rise in RyR activity by high glucose concentrations is also prevented by O-GlcNacylation inhibition. O-GlcNacylation is a post-translational modification on the serine and threonine residues of proteins modifying their activities, which is upregulated by high glucose concentrations. Since Epac2 is a multidomain protein with several serine and threonine residues that can potentially be O-GlcNacylated, we demonstrated for the first time the activation of Epac by O-GlcNAcylation under hyperglycemic concentrations. In line with the murine model, we didn’t find any alteration of the Ca²⁺ transient in acutely treated human induced pluripotent stem cells derived into cardiomyocytes (h-iPSC-CM). However a chronic treatment of high glucose reduces the Ca²⁺ transient amplitude in h-iPSC-CM in an Epac2-dependent manner. To conclude, our work suggest that hyperglycemia activates Epac2 by O-GlcNAcylation to mediate SR Ca²⁺ leak and arrhythmia that lead to the reduction of the systolic Ca²⁺ release over long term exposure that may play a role in the cardiac alterations seen in diabetic-associated cardiomyopathy.
Epac2 (protéine d'échange directement activée par l'AMPc) est un acteur essentiel dans l’altération de la signalisation Ca²⁺ observée dans les cardiomyopathies, telles que l'insuffisance cardiaque et l'arythmie, également décrites dans le diabète. Récemment, nous avons découvert que l'hyperglycémie diabétique entraînait une fuite Ca²⁺ du réticulum sarcoplasmique (RS) mettant en jeu la CaMKII, molécule effectrice d'Epac2. Cependant, le rôle d'Epac2 dans l’altération de la signalisation calcique cardiaque induite par les fortes concentrations de glucose est inconnu. Mes travaux de thèse, montrent que les cardiomyocytes adultes de souris exposés à des concentrations élevées aigües de glucose présentent une augmentation de la fuite Ca²⁺ diastolique du RS, qui est pro-arythmogène, sans altérer la libération Ca²⁺ globale nécessaire à la contraction cellulaire. Cette fuite Ca²⁺ est réduite par l’inhibition pharmacologique ou génétique de l’Epac2, et est reliée à une augmentation de la probabilité d’ouverture du récepteur à la ryanodine (RyR), qui elle aussi est prévenue par l’inhibition d’Epac2. De façon intéressante, l’inhibition de l’O-GlcNacylation prévient aussi l’hyperactivation du RyR. L’O-GlcNacylation est une modification post-traductionnelle des protéines modifiant leur activité qui est hyperactivée en hyperglycémie. Nous avons mis en évidence pour la première fois l’activation d’Epac par O-GlcNAcylation sous concentrations hyperglycémiques. A l’instar des cellules de souris nous n’observons aucune diminution de la libération Ca²⁺ en fortes concentrations aigües de glucose. Cependant une exposition chronique de 7 jours à des concentrations hyperglycémiques diminue la libération calcique nécessaire pour la contraction, qui est prévenue par l’inhibition pharmacologique d’Epac2. Pour conclure, Epac2 est activée par O-GlcNacylation sous fortes concentrations de glucose, induisant une fuite calcique anormale du RS. A long terme, cette fuite calcique peut participer à la diminution de la libération calcique nécessaire pour la contraction, pouvant jouer un rôle dans les altérations cardiaques observées dans le diabète.
Origine : Version validée par le jury (STAR)