Le calcium dans les cellules souches/progéniteurs cardiaques:

Le calcium joue un rôle important dans le cœur en activant les processus de croissance (Berridge et al., 2000; Frey et al., 2000) et en modulant le comportement mécanique des cardiomyocytes (Bers, 2002; Houser and Molkentin, 2008).

A l’heure actuelle, les études sur l’activité et la signalisation calcique dans les CSCs sont rares. Ferreira-Martins et ses collègues ont montré pour la première fois que les CSC c-kit+

humaines possèdent des oscillations calciques spontanées et que ces dernières jouent un rôle essentiel dans la régulation de la prolifération cellulaire (Ferreira-Martins et al., 2009). Ces

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oscillations intrinsèques se produisent indépendamment du couplage avec des cardiomyocytes ou de la présence de Ca2+ extracellulaire. Ces résultats ont été confirmés dans les cœurs de souris transgéniques dans lesquelles l’EGFP (pour enhanced green fluorescent protein) était sous le contrôle du promoteur c-kit. Ces oscillations calciques ont été régulées par la libération calcique depuis l'ER par l'activation des IP3R et la réabsorption du Ca2+ par la SERCA. Les IP3R et les SERCA ont été fortement exprimés dans ces cellules alors que les RyR n'ont pas été détectés.

D’autre part, les CSCs c-kit+ exprimaient des canaux SOC (Store-Operated Channel ou canaux calciques activés consécutivement à la déplétion des stocks de Ca2+ du réticulum endoplasmique) et la pompe Ca2+ de la membrane plasmique. Bien que ces canaux et pompes soient fonctionnels, ils n'ont aucun effet direct sur les oscillations de Ca2+. Néanmoins, la fréquence des oscillations calciques peut être significativement augmentée par l'ATP et l'histamine via les récepteurs purinérgiques et les récepteurs à l’histamine de type 1.

D’autre part, il apparait que ces oscillations calciques sont couplées avec l'entrée des cellules dans le cycle cellulaire et l'incorporation de BrdUrd. L'induction des oscillations calciques dans les CSCs c-kit+ avant leur injection intramyocardique dans des cœurs infarcis de souris, améliorerait la greffe et l’expansion de ces cellules (Ferreira-Martins et al., 2009). Lors de la différenciation des CSCs en cardiomyocytes, la famille des facteurs de croissance FGF et TGFβ joue un rôle majeur dans lequel intervient le signal calcique (Tonelli et al., 2012) (figure H-19).

L'activation des récepteurs TGF-ß stimule l’activation de la tat-associated kinase (TAK), une protéine qui appartient à la voie MAPK. Le TAK agit sur les facteurs de transcription ATF2 et CREB via la voie MAPK sensible au Ca2+ (Park et al., 2009). L'ATF2 peut également se lier aux Smads pour favoriser l'expression des facteurs de transcription responsables du développement du phénotype cardiaque.

Wnt11 participe également au processus de différenciation cardiaque, en agissant sur des voies de signalisation dépendantes du Ca2+ médiées par la Protéine kinase Ca2+/calmoduline-dépendante (CaMK-II), la proteine kinase C (PKC) et les c-Jun N-terminal kinases (JNK)(Biteau et al., 2008).

Introduction

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Les propriétés des cellules souches cardiaques (différenciation, auto-renouvellement, prolifération, migration) sont évidemment conditionnées par d’autres processus moléculaires que ceux décrits plus haut. En effet, au stade de progéniteur et au cours de la différenciation de cellules souches cardiaques, il apparait un nombre significatif de protéines membranaires qui incluent les canaux ioniques.

Figure H-19 : Voies de signalisations majeures impliquées dans le maintien de la pluripotence ou de la favorisation de la différenciation des cellules souches cardiaques (CSCs). Le calcium (entouré en rouge) intervient en aval de la voie Wnt/β-catenin canonique (médiée par Wnt 1,3,8) mais également en amant de Wnt 11 (voie Wnt non canonique dépandante du calcium). La CamK II, intervient par la suite pour maintenir la multipentence ou la pluripotence des cellules souche. Dans la différenciation des CSCs en cardiomyocytes, la famille des facteurs FGF, BMP et TGFβ sont les principaux régulateurs. L'activité de TAK (une protéine appartenant à la voie MAPK), est stimulée par l'activation des récepteurs au TGFβ. La TAK agit sur les facteurs de transcription comme ATF2 via la voie MAPK sensible au Ca2+. L'ATF2 peut également se lier aux Smads pour promouvoir l'expression des facteurs de transcription responsables du développement du phénotype cardiaque. La voie ERK est activée par les FGF via la protéine Ras pour favoriser essentiellement la prolifération cellulaire. D’après Tonelli et al., (2012).

70 2 Les canaux ioniques :

Comme nous l’avons abordé succinctement dans le chapitre précédant, les signaux bioélectriques générés par les canaux ioniques jouent un rôle crucial dans la genèse de l’excitation électrique et dans la conduction des stimulations dans les cellules excitables. Dans les cellules non-excitables, les canaux ioniques interviennent dans différents processus cellulaires comme la prolifération, la migration et l’apoptose (Berridge et al., 1998, 2000; Orrenius et al., 2003). En effet, il a été montré qu’une stimulation électrique conditionnante (de 1 Hz pendant 7 à 14 jours) sur des progéniteurs cardiaques humains, favorise l’expression de protéines membranaires et structurales (ex : Troponine I, SERCA2 Cx43, alpha-actine) ; favorisant leur potentiel phénotypique cardiovasculaire(Llucià-Valldeperas et al., 2014).

Plusieurs études ont montré que les cellules souches expriment différents canaux ioniques. Ces derniers sont exprimés de manière hétérogène et dépendent du type de cellule souche. Le rôle de ces canaux dans les cellules souches reste peu étudié mais les données disponibles montrent qu’ils sont fondamentaux dans la régulation de la prolifération, la différenciation et la migration.

De nombreux courants ioniques ont été caractérisés dans les cellules souches; ils comprennent des courant potassiques rectifiants retardés voltage-dépendant ou IKDR (codé par différents gènes KV), des courants K+ activés par le Ca2+ intracellulaire ou KCa (BKCa, KCa de grande conductance, IKCa; KCa de conductance intermédiaire et SK4, KCa à petite conductance comme le SK1,2,3), le courant transitoire sortant K+ (Ito) , le courant K+ rectifiant entrant (IKir), le courant activé par l’hyperpolarisation Ih (canaux HCN) et modulé par les nucléotides cycliques intracellulaires et non sélectif aux cations, différents courants chlorures (ICl), le courant sodium dépendant du voltage (INa), les courant calciques de types T et L (ICaT ,ICa.L) et les courants TRP (transient receptor potential ) perméables aux cations (Li and Deng, 2011).

Tous ces courants étaient présents de manière hétérogène dans les cellules ES, les CSMs de différentes origines (moelle osseuse, tissu adipeux et sang du cordon ombilical humain), les cellules progénitrices neurales ou les cellules progénitrices cardiaques.

2.1 Les canaux ioniques dans les CSEs:

Il a été rapporté que les CSEs qui co-expriment les courants IKDR et BKCa sont retrouvés dans 52% des cellules CSEs de souris et 100% des cellules CSEs humaines (Wang et al., 2005).

Introduction

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Les IKDR des cellules CSEs de souris sont codés par les gènes KV1.1, KV1.2, KV1.3 et KV1.6 dans des cellules CSEs alors que les IKDR des cellules ES humaines sont codés par les gènes KV7.2 et Kv9.3. De plus, un courant Ih (codé par le gène HCN3) est présent dans 23% des cellules CSEs de souris mais absent dans les cellules CSEs humaines. De même, les courants K rectifiant entrant (IK1) responsables de la stabilisation du potentiel de membrane de repos n'étaient pas présents dans les CSEs de souris (Wang et al., 2005).