Contraction

La media contrôle le tonus vasculaire grâce à la capacité des CML à modifier l’état de contraction de leur cytosquelette d’actine en réponse à des agents vasocontractiles et vasorelaxants. En effet, c’est la sommation des agonistes aux effets opposés qui détermine le niveau de contraction des cellules et, par conséquent, de la media (Fig. 1.4). La présence des jonctions ouvertes et des jonctions serrées entre les CML est essentielle à leur fonctionnement. Lors d’une situation nécessitant un rétrécissement de la lumière artérielle, la contraction de chacune des cellules se traduit par la contraction de tout le vaisseau. En effet, l’augmentation de calcium dans une cellule est en mesure de se répandre aux cellules adjacentes via les jonctions ouvertes. De plus, comme les cellules sont attachées les unes aux autres via les jonctions serrées et que ces jonctions sont ancrées au cytosquelette d’actine, la contraction de chacune des cellules ne les éloigne pas l’une de l’autre, mais rétrécit plutôt la lumière du vaisseau.

1.3.3.1. Régulation du tonus vasculaire

Il est important pour le fonctionnement de l’organisme que le système artériel soit maintenu sous pression. Cette pression joue un rôle important pour permettre les échanges au niveau des capillaires. La pression et le débit à ce niveau sont pratiquement continus grâce à l’élasticité et à la contractilité de la media artérielle. La pression est certes nécessaire, mais son excès est délétère. En effet, l’hypertension artérielle représente un facteur de risque important de développement de MCV.

Plusieurs mécanismes sont impliqués dans le contrôle de la pression sanguine. En plus des facteurs dérivés de l’endothélium (NO, PGI2, EDRF, EDCF, ET), les stimuli qui influencent le tonus myogénique sont les

médiateurs de la voie rénine-angiotensine [Dostal et al., 1997, Kurtz, 2012], les hormones (adrénaline, noradrénaline, aldostérone), les médiateurs de l’inflammation (chronique ou aiguë), le débit sanguin [Markos et al., 2013], le système nerveux autonome [Zeng et al., 2007], ainsi que l’oxygène et le gaz carbonique [Marieb, 2005]. Ces médiateurs régulent la quantité de métabolites vasocontractiles et vasodilatateurs que l’endothélium libère vers le muscle lisse sous-jacent (Fig. 1.3). Les CML modifient le diamètre de la media par leurs contraction et relaxation en réponse à ces stimuli provenant de l’endothélium ou d’autres sources (inflammatoire, canaux calciques mécanosensitifs).

1.3.3.2. Mécanisme moléculaire de la contraction et relaxation des CML Le niveau de contraction des CML est influencé par une panoplie de facteurs qui se répercutent sur le niveau de calcium intracellulaire. En effet, ce second messager intègre les signaux pour générer une contraction proportionnelle à son niveau. Cette action est cependant antagonisée par les nucléotides monophosphates cycliques comme l’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) et la guanosine monophosphate cyclique (GMPc).

Figure 1.5 - Mécanismes de contraction et de relaxation des cellules musculaires lisses

A) Contraction : 1. Liaison d’une molécule vasoactive à son GPCR spécifique; 2. Liaison de la protéine G à un GTP, dissociation des

sous-unités alpha (Gαi ou Gαq) et beta-gamma (β-γ); 3a. Gαi demeure à la membrane plasmique, inhibe l’AC, cause la diminution de l’AMPc (antagonise le mécanisme présenté en (B)); 3b. Gαq demeure à la membrane plasmique, active la PLC, catalyse la transformation du PIP2 en DAG et IP3; 3c. β-γ demeurent à la membrane plasmique et activent la PLC; 4. IP3 entraîne l’ouverture des

canaux calciques de la membrane du RE, libère la réserve de calcium ; 5. Ca2+ _{entraîne l’ouverture des canaux calciques dépendants}

du Ca2+ _{présents sur la membrane plasmique, entrée de calcium 6. Formation du complexe Ca}2+_{-calmoduline, activation de la MLCK;}

7. MLCK phosphoryle les têtes de la myosine, interaction avec l’actine, glissement actine-myosine, contraction.

B) Relaxation : 1. Liaison d’une molécule vasorelaxante à son GPCR; 2. Liaison de la protéine G à un GTP entraîne la dissociation des sous-unités alpha (Gαs) et beta-gamma (β-γ); 3. Gαs active l’AC, augmentation d’AMPc; 4. AMPc active la PKA, qui active (phosphorylation) la MLCP, qui déphosphoryle la myosine; 5. Perte d’interaction actine-myosine, relaxation.

C) Relaxation dépendante du NO : 1. Le NO traverse la membrane et active la GC; 2. augmentation du GMPc; 3. GMPc active la

cGKIα; 4. cGKIα active la MLCP; 5. Activation des canaux potassiques dépendants du calcium, hyperpolarisation de la membrane plasmique; 6. Fermeture des canaux calciques dépendants du voltage, diminution du Ca2+_{; 7. Relaxation. (© Lavoie, Bourget, 2014)}

Abréviations de l’anglais : GPCR, G-protein coupled receptor; GMPc/cGMP, guanosine monophosphate cyclique; GDP, guanosine diphosphate; GTP, guanosine triphosphate; GC, guanylate cylcase; PIP2,phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate; DAG, diacylglycerol;

IP3, inositol 1,4,5-trisphosphate; AMPc, adénosine monophosphate cyclique; ATP, adenosine triphosphate; AC, adenylate cyclase;

PKA, cAMP-dependent protein kinase; cGKIα, cGMP-dependent protein kinase type I; MLCP, myosin light chain phosphatase; MLCK,

La contraction des CML vasculaires débute par la liaison d’une molécule vasoactive à son récepteur transmembranaire spécifique, le plus souvent un GPCR. Cette liaison permet l’hydrolyse d’une guanosine triphosphate (GTP) par la protéine G, entraînant la dissociation des sous-unités alpha (Gαi, Gαq) et beta- gamma (β-γ). Les sous-unités β-γ demeurent à la membrane plasmique et activent la phospholipase C (PLC) qui catalyse la transformation du phosphatidylinositol 4,5-disphosphate (PIP2) en diacylglycérol (DAG) et

inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3). La sous-unité α demeure également accrochée au feuillet interne de la

membrane plasmique et elle peut soit activer (Gαs) ou inhiber (Gαi) l’adénylate cyclase, modulant le niveau d’AMPc. Elle peut également activer la PLC (Gαq), augmentant le niveau d’IP3. Ce dernier entraîne l’ouverture

des canaux calciques de la membrane du réticulum endoplasmique (RE) et libère la réserve de calcium. L’ouverture subséquente des canaux calciques dépendants du calcium sur la membrane plasmique augmente le niveau de calcium intracellulaire. La formation du complexe calcium-calmoduline permet l’activation de la kinase de la chaîne légère de la myosine (MLCK de l’anglais myosin light chain kinase). Cette kinase phosphoryle les têtes de la chaîne légère de la myosine, leur permettant d’interagir avec les filaments d’actine et de causer le glissement actine-myosine. La phosphatase de la chaîne légère de la myosine (MLCP de l’anglais myosin light chain phosphatase) antagonise l’action de la kinase de ce mécanisme. L’activité de la MLCP est régulée par le niveau de GMPc et d’AMPc (Fig. 1.5). Le mécanisme de relaxation est décrit en détails à la figure 1.5. Celui-ci implique la liaison d’un facteur vasoactif à son GPCR (Gαs) ou la diffusion du NO à travers la membrane plasmique (Fig. 1.5) [Stull et al., 1991, Marieb, 2005].

1.3.3.3. Agents vasoactifs utilisés in vitro

1.3.3.3.1.

Histamine

L’histamine est une molécule vasoactive impliquée dans plusieurs processus liés à l’inflammation. L'histamine est synthétisée à partir de la L-histidine, un acide aminé essentiel, par l'enzyme histidine décarboxylase. Tel que mentionné dans les sections précédentes, elle agit de manière opposée si elle entre en contact avec l’endothélium ou directement avec les CML. On retrouve 4 isoformes de récepteurs de type GPCR (H1, H2, H3, H4) pour cette petite amine de 111 g/mol (C5H9N3). Les CE peuvent porter les récepteurs H1 et H3, mais

le récepteur H1 est le plus commun. La liaison de l’histamine au récepteur H1 (Gαq) sur la CE entraîne l’augmentation du calcium intracellulaire qui résulte en une augmentation de la perméabilité via la contraction de la CE et en la sécrétion du facteur d’activation des plaquettes, du facteur Von Willebrand, de PGI2 et de

NO. Ces deux derniers entraînent, entre autres, la relaxation de la media. Le récepteur H3 (Gαi) cause également l’augmentation de la perméabilité via l’inhibition de l’adénylate cyclase, diminuant le taux d’AMPc. Les CML portent les récepteurs H1 et H2 (Gαs). Le récepteur H1 cause la contraction du muscle lisse via une augmentation de calcium intracellulaire. Inversement, le récepteur H2 cause sa relaxation via la libération de AMPc par l’adénylate cyclase [Hill et al., 1997]. In vitro, la media reconstruite se contracte lors de l’ajout

d’histamine. La réponse du muscle lisse à l’histamine dépendra du nombre de récepteurs et de leur affinité spécifique pour l’histamine. Cette action opposée des récepteurs H1 et H2 permet à la cellule de moduler sa réponse à l’histamine en fonction d’autres facteurs pouvant agir sur l’expression génique des récepteurs [Falus, 2003, Wang et al., 2010b, Ohtsu, 2012].

1.3.3.3.2.

Thromboxane A2

Le TXA2 est un lipide de la famille des eicosanoïdes produit principalement dans les plaquettes par la TXA2 synthase à partir de la prostaglandine H2 qui, elle, est produite par la cyclo-oxygénase 1 (COX1). L’aspirine, inhibant de manière irréversible la COX1, bloque la production de TXA2. Le TXA2 possède des propriétés vasocontractiles et pro-thrombogéniques. Cet agent vasoconstricteur est particulièrement important dans les processus inflammatoires et dans la réponse aux blessures. Le récepteur du TXA2 est un GPCR (Gαq) dont deux isoformes sont connues (α et β). Le TXA2 étant très instable en solution, l’utilisation d’un analogue de cet agent, le 9,11-didéoxy-11α,9α-époxyméthanoprostaglandine F2α (U46619), est préférable en recherche [Huang et al., 2004].

1.3.3.3.3.

Sérotonine

La sérotonine ou 5-hydroxytryptamine (5-HT) est une monoamine dérivée du tryptophane et est à la fois neurotransmetteur et hormone. Dans le système vasculaire, la sérotonine est stockée dans les plaquettes. Lorsqu’elle se lie à son récepteur situé sur une CE, un GPCR (Gαi), elle active la eNOS entraînant la libération de NO par l’endothélium. En situation d’hémostase, la libération massive de sérotonine par les plaquettes lors de la formation du clou plaquettaire permet à cette molécule d’entrer en contact avec la media et de causer la contraction des CML [Vanhoutte, 2010].

1.3.3.3.4.

Nitroprussiate de sodium

Le nitroprussiate de sodium (SNP de l’anglais sodium nitroprusside) est un composé inorganique agissant comme vasodilatateur en libérant en solution des anions divalents [Fe(CN)5NO]2-, relâchant progressivement

du NO. Ce composé est utilisé en clinique pour traiter une hypertension aiguë. En recherche, le SNP sert à démontrer la capacité d’un vaisseau à se dilater de manière indépendante de l’endothélium. La demi-vie du SNP étant de 1 à 2 minutes seulement, le sel doit être dissous juste avant son utilisation [Murad, 1986, Friederich et al., 1995].