Apport des nanotechnologies à l'étude de la fonction des récepteurs β-adrénergiques et des canaux calciques cardiaques selon leur localisation membranaire

Contribution of nanotechnologies to the study of the function of β-adrenergic receptors and cardiac calcium channels according to their membrane location.

• Auteur / Autrice : Marion Barthé
• Direction : Rodolphe Fischmeister, Nicolas Tsapis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie
• Date : Soutenance le 26/01/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Signalisation et physiopathologie cardiovasculaire (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Denis David
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Pavoine, Francesca Rochais, Fabien Brette
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Pavoine, Francesca Rochais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules -- Compartimentation

Canaux calciques

Récepteurs bêta-adrénergiques

Tubulines

Mots clés libres

Ligands PEGylés

Tubules transverses

Canaux calciques

Coeur

Ligands immobilisés

Membrane cellulaire

Heart

Immobilized ligands

PEGylated ligands

Cell membrane

Calcium channels

Transverse tubules

Résumé

La membrane des myocytes ventriculaires cardiaques est caractérisée par la présence de nombreuses invaginations appelées tubules transverses (TT), essentielles pour la réalisation du couplage excitation-contraction. La membrane des TT (TTM) contient de nombreux récepteurs, canaux ou enzymes, tels que les récepteurs β-adrénergiques (β-ARs), les adénylyl cyclases ou les canaux Ca2+ voltage-dépendants de type L (LTCC). Ces protéines membranaires sont également présentes dans la membrane de surface (OSM), bien que leurs densités soient différentes. La pharmacologie classique permet d'explorer la fonction d'une protéine membranaire sur l’ensemble de la cellule, mais ne permet pas de distinguer les protéines présentes à l’OSM vs TTM. Pour ce faire, nous avons développé une technologie basée sur l'exclusion stérique afin d’explorer la fonction différentielle des β-Ars et des LTCC en fonction de s’ils sont situés dans l’OSM ou dans la TTM. Des ligands spécifiques de β-Ars et LTCC ont été greffés à la surface sur des nanoparticules et PEGylé à l’aide d’une liaison covalente avec une chaîne de polyéthylène-glycol (PEG) de 5000 Da. L'objectif est d'augmenter la taille des ligands β-AR et LTCC et d'empêcher leur accès dans le réseau TT. Grâce à cette nouvelle stratégie, nous sommes capables d'activer ou d'inhiber sélectivement les β-Ars et LTCC présents à l'OSM sans agir sur leurs homologues à la TTM et par conséquent d'étudier le rôle de ces protéines en fonction de leur localisation.

The membrane of cardiac ventricular myocytes is characterized by many invaginations, essential for excitation-contraction coupling mechanism, called transverse tubule (TT). The membrane of TT (TTM) contains many receptors, channels or enzymes, such as β-adrenergic receptors (β-ARs), adenylyl cyclases or L-type Ca2+ channels (LTCC). These membrane proteins are also present in the outer surface membrane (OSM), although often at a different density. Classical pharmacology allows to explore the function of a membrane protein in the whole cell membrane but not separately in OSM vs. TTM compartments.We developed a technology based on size exclusion to explore the function of β-Ars and LTCCs located in the OSM. Specific ligands of β-Ars and LTCCs have been grafted at the surface on nanoparticles and PEGylated using a covalent link between a 5000 Da PolyEthylene-Glycol (PEG) chain. The objective is to increase the size of the β-AR and LTCC ligands and prevent their access in the TT network. Using this new strategy, we are able to selectively activate or inhibit β-Ars and LTCCs present at the OSM without acting on their homologous subpopulations at the TTM and consequently study the role of these proteins in function of their location.