Thèse Année : 2022

Role of type I cAMP-dependent protein kinase in excitation-contraction coupling and heart failure

Rôle de la protéine kinase AMPc-dépendante de type I dans le couplage excitation-contraction et l’insuffisance cardiaque

Résumé

In the heart, stimulation of β-adrenergic receptors activates the cyclic adenosine monophosphate (cAMP) and cAMP-dependent protein kinase (PKA) pathway, resulting in an increase in heart rate, contraction force, and relaxation rate. While acute activation of this pathway allows adaptation to exercise, chronic activation is deleterious and ultimately leads to heart failure (HF). PKA is a heterotetramer consisting of two regulatory subunits (R) and two catalytic subunits (C). Two types of PKA exist, type I and type II, and vary in their R-subunits, RI and RII respectively. Each type of R subunit exists in two isoforms (α and β), and in the heart, the RIα and RIIα isoforms are predominantly expressed. Whereas numerous works suggest an important role for type II PKA in the regulation of cardiac contraction, the function of type I PKA is less well understood although it accounts for a large proportion of total cardiac PKA activity. The objective of this work was to better understand the physiological role of type I PKA in the heart and to examine the consequences of invalidating the RIα regulatory subunit in the adult heart. In the first part, I evaluated in a mouse model the cardiac consequences of the R368X mutation of the RIα regulatory subunit of PKA, which leads to a loss of function of type I PKA and causes a rare disease in humans, acrodysostosis type 1. My results show that this mutation decreases cAMP-mediated activation of PKA in the heart, leads to a defect in cardiac growth, and a decrease in automaticity and contractility. At the level of the isolated ventricular cardiomyocyte, my results suggest that type I PKA participates in calcium homeostasis during β-adrenergic stimulation by regulating calcium release from the sarcoplasmic reticulum. In the second part, I investigated the consequences of a loss of the RIα subunit of PKA at the level of cardiomyocytes in the adult mouse heart. My results show that this is associated with a constitutive activation of PKA that leads first to an increase in cardiac function and then to progressive pathological remodeling leading to heart failure. However, I have identified interindividual heterogeneity in the development of heart failure, and I sought to understand the causes by performing cardiac transcriptome analysis. Preliminary comparative analysis of the transcriptomes of mice with signs of end-stage HF versus mice without these signs at the same age revealed differentially expressed genes that might modulate the deleterious effects of chronic PKA activation and the progression of heart failure.

Dans le coeur, la stimulation des récepteurs β-adrénergiques active la voie de l’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) et de la protéine kinase AMPc-dépendante (PKA) entrainant une augmentation de la fréquence, de la force de contraction et de la vitesse de relaxation du myocarde. Alors que l’activation aiguë de cette voie permet l’adaptation à l’effort, son activation chronique est délétère et conduit à terme à l’insuffisance cardiaque (IC). La PKA est un hétérotétramère constitué de deux sous-unités régulatrices (R) et de deux sous-unités catalytiques (C). Deux types de PKA existent, type I et type II, et varient en fonction de leurs sous-unités R, respectivement RI et RII. Chaque type de sous-unité R existe sous deux isoformes (α et β) et, dans le coeur, les isoformes RIα et RIIα sont prédominantes. Alors que de nombreux travaux suggèrent un rôle important de la PKA de type II dans la régulation de la contraction cardiaque, la fonction de la PKA de type I est moins bien comprise bien qu’elle représente une large part de l’activité PKA cardiaque totale. L’objectif de ce travail était d’une part de mieux comprendre le rôle physiologique de la PKA de type I dans le coeur et d’autre part d’examiner les conséquences d’une invalidation de la sous-unité régulatrice RIα dans le coeur adulte. Dans la première partie, j’ai évalué dans un modèle murin les conséquences cardiaques de la mutation R368X de la sous-unité régulatrice RIα de la PKA qui entraine une perte de fonction de la PKA de type I et cause une maladie rare chez l’Homme, l’acrodysostose de type 1. Mes résultats montrent que cette mutation diminue l’activation de la PKA par l’AMPc dans le coeur, entraîne un défaut de croissance cardiaque, et une diminution de l’automatisme et de la contractilité. Au niveau du cardiomyocyte ventriculaire isolé, mes résultats suggèrent que la PKA de type I participe à l’homéostasie calcique lors d’une stimulation β-adrénergique en régulant la libération de calcium du réticulum sarcoplasmique. Dans la deuxième partie, j’ai étudié les conséquences de la perte de la sous-unité RIα de la PKA au niveau des cardiomyocytes dans le coeur adulte de souris. Mes résultats montrent que ceci est associé à une activation constitutive de la PKA qui entraine d’abord une augmentation de la fonction cardiaque puis un remodelage pathologique progressif aboutissant à une insuffisance cardiaque. Toutefois, j’ai mis en évidence une hétérogénéité interindividuelle du développement de l’insuffisance cardiaque, et j’ai cherché à en comprendre les causes en réalisant une analyse du transcriptome cardiaque. L’analyse comparative préliminaire des transcriptomes de souris présentant les signes d’une IC terminale par rapport à celui de souris ne présentant pas ces signes au même âge a permis de révéler des gènes différentiellement exprimés qui pourraient moduler les effets délétères d’une activation chronique de la PKA et la progression de l’insuffisance cardiaque.

Fichier principal
Vignette du fichier
105318_DESSILLONS_2022_archivage.pdf (8.09 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)
Licence

Dates et versions

tel-03740111 , version 1 (29-07-2022)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : tel-03740111 , version 1

Citer

Matthieu Dessillons. Rôle de la protéine kinase AMPc-dépendante de type I dans le couplage excitation-contraction et l’insuffisance cardiaque. Cardiologie et système cardiovasculaire. Université Paris-Saclay, 2022. Français. ⟨NNT : 2022UPASQ002⟩. ⟨tel-03740111⟩
766 Consultations
1628 Téléchargements

Partager

  • More