Ischémie/Reperfusion

La lésion d'ischémie / reperfusion du myocarde (I / R) est la conséquence de deux conditions stressantes successives pour les cellules cardiaques : 1) l'interruption du flux sanguin dans les artères coronaires, empêchant ainsi l'apport en oxygène - nutriments pour les cellules cardiaques ; et 2) une reperfusion dans laquelle le rétablissement du flux sanguin exposait les cellules hypoxiques-anoxiques à un niveau soudain d'oxygène plus élevé avec une production accrue de ROS. L'élément clé du processus de lésion est l'éclatement des ROS produites par les cellules touchées, puis les dommages résultant de ce stress oxydatif élevé.

La surexpression des sHSP s'est avérée protectrice contre l'intrusion I / R (Figure

30). L'un des premiers articles a reproduit des conditions ischémiques des cardiomyocytes

néonatals et adultes maintenus in vitro afin de déterminer les effets de la surexpression de HSPB1 ou HSPB5 par une infection à adénovirus. Ces chercheurs ont pris en compte la différence entre ces deux types de cellules et ont augmenté la durée des états hypoxiques dans les cellules néonatales. Les niveaux augmentés de HSPB1 n’ont aucun effet protecteur sur les cellules jeunes, contrairement à HSPB5 [170].

Figure 30: Petits HSP et stress cardiaque.

Des modèles de souris d'expression de sHSP modifiés ont été soumis à divers protocoles d'ischémie et de reperfusion. Le ratio zone d'infarctus (AOI) / zone à risque (AAR) a été calculé pour HSF1 TG [171], HSPB1 TG (2 lignes: TG18 et TG64) [172], HspB2/5 KO (AMI, infarctus aigu du myocarde; PI, infarctus pré conditionné) [173], HspB5 TG [174], HspB6 TG[175], HspB8 TG [176]. Le graphique a été préparé sur la base des données référencées ci-dessus, où les valeurs de rapport pour le modèle animal expérimental (TG) (barre blanche) sont présentées par rapport aux valeurs obtenues avec des animaux de type sauvage (WT) (barre noire).

Lorsque Hollander et ses collaborateurs ont réalisé une ischémie globale et une reperfusion dans des expériences cardiaques in vivo, ils ont constaté que la lignée transgénique surexprimant une HSPB1 non phosphorylable en raison de mutations sur les sites de sérine (15, 78, 82) présentait une cardioprotection ischémique améliorée. Cette isoforme mutante de HSPB1 présentait un pouvoir anti-oxydant plus fort, évalué par la peroxydation lipidique et la carbonylation de protéines [177].

La lignée transgénique surexprimant HSPB5 était significativement protégées contre une ischémie globale de 20 minutes, le pourcentage d'infarctus de la surface totale à risque ayant été réduit de 50%. Cela s'est accompagné d'une production plus faible de marqueurs du stress oxydatif.

Les souris transgéniques HSPB6 ont montré une protection contre le stress ischémique

in vivo avec un rapport taille / zone à risque d'infarctus réduit de 6 à 2,5 fois, respectivement

[175]. Cette protection dépend de modifications post-traductionnelles, telles que le site de phosphorylation (S16). La surexpression comparable de HSPB6 sans ce site phosphorylable a eu un effet opposé spectaculaire avec une plus grande taille de l'infarctus par rapport aux animaux non transgéniques. Cela pourrait suggérer un effet négatif dominant de la protéine mutante, ces animaux exprimant toujours les gènes endogènes. Connaissant l'importance de ce site post-traductionnel, il serait intéressant de déterminer si le produit protéique transgénique WT est phosphorylé de manière proportionnelle. Les mécanismes impliqués dans la protection observée chez le WT HSPB6 et chez les animaux transgéniques HSPB6 mutants n'ont pas été comparés directement. D'une part, HSPB6 interagit avec Bax (et non Bcl2), de sorte qu'en cas de stress ischémique, le rapport Bcl2 / Bax augmente, atténuant ainsi la mort cellulaire [178].

De plus, l'absence de phosphorylation en S16 modifie le repliement de cette protéine, qui peut alors former des agrégats plus gros dans des conditions normales. Des complexes plus grands sont identifiés biochimiquement dans des extraits de protéines de cœurs transgéniques ischémiques, mais on ignore si ceux-ci peuvent devenir des agrégats cellulaires [178]. Des preuves supplémentaires ont révélé le rôle important de la phosphorylation de S16 à l'aide d'un variant de C59T identifié dans le HSPB6 humain. Le site S16 n'a pas été modifié

post-traductionnellement dans la protéine variante, ce qui a considérablement réduit la capacité du chaperon à protéger les cellules contre le stress [179] . Dans le contexte de la médecine régénérative, des cellules mésenchymateuses surexprimant HSPB6 (HSPB6 MSC) ont été injectées dans des cœurs ischémiques expérimentaux et les effets ont été comparés à la même manipulation utilisant les mêmes cellules mais sans transfection de HSPB6. Grâce à un effet cellulaire non autonome reposant sur la sécrétion de plusieurs facteurs (par exemple, VEGF, FGF2, IGF1), les MSC HSPB6 ont pu stimuler la survie des cardiomyocytes [180].

L'expression renforcée de HSPB8 s'est avérée faire partie des mécanismes de protection déclenchés dans le myocarde en hibernation, qui sont chroniquement dysfonctionnels mais peuvent s'améliorer grâce à la revascularisation coronaire. La surexpression de HSPB8 permet une réduction marquée de la taille de l'infarctus dans une mesure similaire à celle du préconditionnement ischémique [176]. La fonction de chaperon de HSPB8 servirait à relocaliser d'importantes molécules de signalisation (telles que AKT, AMPK) sur le noyau, ce qui expliquerait une stabilité accrue de HIF1α, qui joue un rôle essentiel dans la protection contre l'hypoxie.

Outre la régulation de l'expression des sHSP dans les cœurs exposés à l'ischémie, Golenhofen et al ont tenté de déterminer les interactions distinctes des sHSP avec les myofibrilles cardiaques ischémiques [181]. HSPB1, -5, -7 deviennent associés à d'autres composants que l'actine dans les myofibrilles. HSPB2 et HSPB6 avaient des comportements biochimiques différents. Par immunofluorescence, HSPB1, -2, -5, -6 ont été colocalisés en myofibrilles, en particulier dans la zone de la ligne Z / I.

Alors que l'effet protecteur des sHSP a été démontré dans le contexte de plusieurs modèles de gain de fonction, seul le HSPB2, -5 Double knockout (DKO) (invalidation génétique=l’inactivation totale du gène) est disponible jusqu'à présent pour déterminer les conséquences de la perte de fonction du sHSP. Une première étude de Morrison et al ont analysé in vivo les conséquences d’ischémie globale sur les coeurs déficients en HSPB2 et HSPB5 [181]. Les coeurs à double knock-out ont présenté une I/R accrues et une apoptose avec une récupération post-ischémie moins efficace. Mais, ils avaient signalé une réduction de 43% du GSH (Glutathion forme réduite), une molécule essentielle pour amortir le stress oxydatif accru consécutif au stress ischémique.

Un deuxième mécanisme, qui peut contribuer à affaiblir les cardiomyocytes déficients en HSPB2–5, était une transition de perméabilité mitochondriale augmentée et une absorption de calcium mitochondriale [182]. Conformément à cette observation, ces deux sHSP ont été associés à la membrane externe des mitochondries. En outre, lors de la translocation de HSPB5 vers la surface des mitochondries, le niveau de phosphorylation de S-59 augmente, ce qui a renforcé le rôle protecteur de ce chaperon. En analysant les conséquences mécaniques de l'I / R en l'absence des deux chaperons HSPB2 et -5, Golenhofen et collaborateurs ont conclu que les coeurs ischémiques ont besoin de ces chaperons pour maintenir l'élasticité cellulaire plutôt que le processus de contraction [183]. Malgré le rôle protecteur établi des HSPB2 et 5, Benjamin et al ont constaté que le manque de chaperons confère une meilleure survie cellulaire après I / R. Cette différence apparente pourrait résulter de protocoles ischémiques différents, ce qui pourrait déclencher une réponse variable en compensation des sHSP manquants et une analyse comparative du transcriptome cardiaque pourrait résoudre cette question. Pour tenter de discriminer les rôles joués par HSPB2 et HSPB5, d'autres études ont tiré parti des souris transgéniques HSPB5 [184] pour rétablir l'expression de ce chaperon chez les souris DKO en croisant les animaux [185]. Ce modèle a permis de conclure que HSPB5 se chargerait du remodelage structurel, tandis que HSPB2 serait consacré au maintien de l'équilibre énergétique.

Dans le contexte de la réponse au stress cardiaque, le concept de tolérance au stress a fait l'objet de nombreuses études sous le nom de préconditionnement ou préconditionnement ischémique [185]. Ceci est basé sur le fait que le stress d'intensité ou de durée réduite, qui se produit avant un stress majeur est protecteur. Le stress de faible niveau déclenche une réaction de protection qui réduit les dommages causés par le stress plus important qui s'ensuit. Des sHSPs distincts ont été impliqués dans de tels mécanismes préventifs. Par exemple, des expériences de Benjamin et al et Armstrong et al établi que HSPB2 et -5 n'étaient pas critiques pour provoquer le préconditionnement ischémique. Il est intéressant de noter que les microARN identifiés dans le préconditionnement cardiaque contribuent à la régulation de la HSPB6 dont la surexpression récapitule le même niveau de protection que le pré-conditionnement expérimental [186].