Contrôle de l’homéostasie calcique

La CaMKII est une protéine régulatrice de protéines impliquées dans l’homéostasie calcique comme RyR2 (Le Peuch, Haiech, and Demaille (1979) ; Simmerman, Collins, Theibert, Wegener, and Jones (1986)), SERCA2a (Toyofuku, Curotto Kurzydlowski, Narayanan, and MacLennan (1994)), le PLB mais également les LTCC (Dzhura, Wu, Colbran,

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Balser, and Anderson (2000)). Ces différentes régulations seront développées dans la partie III 2.b.

Figure 20 : La voie CaMKII. Modifiée d’après H. Li et al. (2010).

Seule la voie hypertrophique CaN-NFAT possède des protéines qui contrebalancent son activité pro-trophique. Ces protéines, MCIP-1 par son expression, la glycogène synthase kinase 3

β

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(iii) LA REPONSE ANTI-TROPHIQUE

i. GSK-3β

Gsk-3β est une sérine/thréonine kinase très conservée (Harwood (2001)) qui a deux isoformes α (51 kDa) et β (47 kDa) (Grimes and Jope (2001b)) très homologues (97%). Bien que les deux isoformes soient présentes dans le cœur (Henry and Killilea (1994)), la majorité des études se sont focalisées sur l’isoforme β.

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Initialement impliquée dans l’inhibition de la synthèse du glycogène (P. J. Parker, Caudwell, and Cohen (1983), il a été montré par la suite que Gsk-3β participerait à de nombreuses fonctions cellulaires dans les régulations du métabolisme, de l’expression de gènes et de l’intégrité du cytosquelette (pour revue : (Grimes and Jope (2001a)). Gsk-3β serait également impliquée dans la tumorigenèse et la maladie d’Alzheimer (Imahori and Uchida (1997)). Les inhibiteurs pharmacologiques de l’activité kinase de Gsk-3β sont le chlorure de lithium (LiCl) ou le SB-415286. Gsk-3β est principalement localisée dans le cytosol mais elle peut être également retrouvée au niveau nucléaire, selon le stimulus impliqué (Bijur and Jope (2001) ; Diehl, Cheng, Roussel, and Sherr (1998) ; Morisco et al. (2001)).

Une des caractéristiques de Gsk-3β est la stimulation de son activité kinase à l’état basal. L’inactivation de Gsk-3β est due à sa phosphorylation sur la sérine 9 par des protéines kinases telles que celles de la voie PI3K/Akt. Le degré d’activation de Gsk-3β peut être évalué biochimiquement par son niveau de phosphorylation (rapport de Gsk-3β phosphorylée sur Gsk-3β non phosphorylée). Si la forme Gsk-3β déphosphorylée prédomine, elle est active et est capable de phosphoryler NFAT agissant ainsi comme un inhibiteur de l’hypertrophie. Il existe de nombreuses évidences, in vitro et in vivo, du rôle anti-trophique de Gsk-3β. Morisco et al. (Morisco et al. (2001)) démontrent qu’une stimulation β-adrénergique active la voie Akt et inactive Gsk-3β en favorisant son extrusion nucléaire, conduisant à l’hypertrophie des cardiomyocytes. Ce travail souligne l’importance de la localisation subcellulaire de l’enzyme. La surexpression myocardique d’un mutant constitutivement actif de Gsk-3β chez la souris inhibe le développement de l’hypertrophie en réponse à une surcharge de pression et/ou à une stimulation adrénergique validant ainsi le rôle inhibiteur de Gsk-3β dans le processus hypertrophique (Antos et al. (2002) ; Badorff et al. (2002)). Gsk- 3β agit en contrôlant des facteurs de transcription cardiaque et/ou la synthèse protéique (Hardt and Sadoshima (2002)). Gsk-3β phosphoryle de nombreux facteurs de transcription, parmi lesquels nous citerons : CREB (Fiol et al. (1994)), GATA4 (Morisco et al. (2001)), NFAT (Beals, Sheridan, Turck, Gardner, and Crabtree (1997) ; Graef et al. (1999)) et NFκB (Bournat, Brown, and Soler (2000)). La phosphorylation de ces facteurs de transcription conduit à une diminution de la transcription via un défaut de liaison à l’ADN, une extrusion nucléaire ou

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une ubiquitination (Hardt and Sadoshima (2002)). Gsk-3β contrôle le développement de l’hypertrophie cardiaque en agissant principalement sur deux facteurs de transcription à savoir NFAT et GATA4 (Hardt and Sadoshima (2002)). En réponse à un stimulus, la CaN déphosphoryle NFAT lui permettant ainsi d’être transloqué au niveau nucléaire et de se lier à l’ADN (cf. partie III.1.i.). Gsk-3β en phosphorylant NFAT s’oppose à ce mécanisme en agissant comme le contre-balancier direct de la voie CaN-NFAT (Antos et al. (2002)).

Il est également décrit que Gsk-3β phosphoryle le facteur de transcription GATA4 et module la transcription via l’extrusion nucléaire médiée par CRM-1 (Morisco et al. (2001)). Les membres de la superfamille GATA sont décrits comme étant impliqués dans le développement et l’hypertrophie cardiaque. Un de ces membres, GATA4 règle l’expression de nombreux gènes cardiaques tels que l’ANF, le BNP, les chaînes lourdes α et β de la myosine, le récepteur de type IA de l’AngII, la troponine I ou bien encore l’échangeur NCX. La régulation de GATA4 par Gsk-3β affecte de façon importante les changements phénotypiques des cardiomyocytes (Hardt and Sadoshima (2002)). Elle aurait également un rôle dans la restauration de la sensibilité des myofilaments au Ca2+ par sa réactivation après une thérapie de réactivation de la systole cardiaque par un pacemaker (Kirk, Zhang, Murphy, and Van Eyk (2013)).

L’autre mécanisme par lequel Gsk-3β contrôle l’hypertrophie cardiaque concerne la synthèse protéique. La synthèse protéique est un processus complexe impliquant trois étapes clés : 1-l’initiation, 2-l’élongation et 3-la traduction. Un des points critiques du processus est la liaison du facteur d’initiation de la traduction eIF2 à l’ARNt (met-tRNA), puis la fixation à la sous-unité 40S du ribosome (pour revue : (Rhoads (1999)). Gsk-3β en phosphorylant eIF2, le rend inactif et bloque ainsi la synthèse protéique (Welsh, Miller, Loughlin, Price, and Proud (1998)).

Gsk-3β a peut-être une activité anti-hypertrophique mais des études ont montré par ailleurs son implication pro-fibrotique et pro-apoptotique accompagnées d’une baisse de la fonction contractile (Michael et al. (2004) ; Hirotani et al. (2007) ; Zhai et al. (2007) ; Menon, Johnson, Ross, Singh, and Singh (2007)) (Figure 21).

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Figure 21 : Gsk-3β dans le cardiomyocyte. D’après Cheng et al. (2011).

ii. MCIP-1

La protéine MCIP-1 (Modulatory Calcineurin inhibitory protein) peut lier la CaN et l’inhiber. Elle bloque ainsi la translocation nucléaire de NFAT. Initialement découverte dans le muscle squelettique, MCIP-1 est également présente au niveau cardiaque (B. Rothermel et al. (2000)). L’activation de la voie de CaN-NFAT permet l’expression rapide de MCIP-1, car elle représente un mode de rétrocontrôle négatif (B. Rothermel et al. (2000) ; J. Yang et al. (2000)). Le rôle anti-trophique de MCIP-1 a été montré in vivo dans un modèle d’infusion d’isoprotérenol sur une souris génétiquement modifiée sur-exprimant MCIP-1 au niveau cardiaque. Rôle confirmé en utilisant des souris issues du croisement de cette lignée avec des souris exprimant une forme constitutivement active de CaN qui ne développent pas d’hypertrophie cardiaque (B. A. Rothermel et al. (2001)). Pedram et al. (Pedram, Razandi, Aitkenhead, and Levin (2005)) ont rapporté que l’expression de MCIP-1 est liée aux œstrogènes par une voie impliquant PI3K. MCIP-1 avec les peptides atrio-natriurétiques participerait à l’effet préventif des œstrogènes sur le développement de l’hypertrophie cardiaque (Pedram et al. (2005)).

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Le développement de l’hypertrophie cardiaque via des voies pro-trophiques Ca2+- dépendantes, est le résultat mais également participe aux modifications de l’homéostasie calcique dans le cardiomyocyte hypertrophié et mène à l’insuffisance cardiaque.