Maturation du myocarde : Distribution spatio-temporelle des jonctions inter cardiomyocytaires.

Les cardiomyocytes ventriculaires adultes sont des cellules allongées et polarisées. Une séparation structurelle et fonctionnelle existe entre les différentes parties de la membrane plasmique quelles soient parallèles (membrane latérale des cardiomyocytes) ou perpendiculaires (disques intercalaires) à l’axe longitudinal de la cellule. La membrane latérale permet l’interaction des cellules avec la matrice extracellulaire grâce aux costamères. D’un autre côté la membrane qui est perpendiculaire à l’axe longitudinal de la cellule forme une structure spécifique et spécialisée, les disques intercalaires qui assurent l’adhésion et la communication intercellulaire (Perriard et al., 2003).

Les premières observations en microscopie électronique suggèrent que la formation des disques intercalaires est un élément tardif du développement du myocarde. Une étude, d’analyse en microscopie électronique, montre que les cardiomyocytes de cœurs néonataux de chiens sont étroitement regroupés et présentent une grande cohésion cellulaire, contrastant avec le nombre limité de contacts intercellulaires au niveau des disques intercalaires dans les cœurs adultes (Legato, 1979). En 1985, une étude de microscopie électronique s’intéresse à l’analyse des disques intercalaires sur des myocardes de souris âgées de 2 jours. Cette étude montre une immaturité des disques intercalaires (comparativement aux disques intercalaires des myocardes adultes) avec moins d’expansion cytoplasmique et une diminution de la densité des plaques cytoplasmiques(Forbes and Sperelakis, 1985) . Toutefois les études de microscopie électronique ne peuvent pas étudier les composants moléculaires incorporés spécifiquement dans ces systèmes de jonctions. Ainsi une étude extensive des modifications développementales pendant la formation des disques intercalaires est nécessaire en utilisant des anticorps spécifiques dirigés contre les composants protéiques de ces structures. Même si les

sont identifiées dans les cardiomyocytes embryonnaires dès le 10ème jour (E10), les

études utilisant des anticorps spécifiques démontrent que les disques intercalaires se forment grâce à une série d’événements survenant préférentiellement en post natal. Chez le rat, les disques intercalaires adultes ne sont pas complètement formés avant le 90 ème jour post natal, période où la proportion des jonctions Gap, des desmosomes et des jonctions adhérentes au niveau des disques intercalaires n’est plus statistiquement différente (P>0,05) (Angst et al., 1997). Chez l’homme, la maturation complète des disques intercalaires est obtenue au cours de la septième année de vie (Hirschy et al., 2006a; Peters et al., 1994; Pieperhoff and Franke, 2007; Vreeker et al., 2014).

La formation et la maturation des disques intercalaires sont un processus de spécialisation et d’organisation spatiale des domaines de la membrane cytoplasmique des cardiomyocytes (membrane latérale et membrane « terminale »). Pendant la formation des disques intercalaires, les cardiomyocytes redistribuent et localisent les jonctions adhérentes (jonctions adhérentes et desmosomes) et les jonctions communicantes au niveau de la membrane terminale. De plus, par des processus connus de manière partielle actuellement, ces cellules regroupent au sein de ces disques intercalaires une panoplie de protéines de jonction, de canaux et de protéines accessoires ou impliquées dans différentes voies de signalisation.

3.1 – Maturation des jonctions adhérentes :

Le rôle principal des jonctions adhérentes dans la hiérarchie d’établissement et de maintien des différentes jonctions intercellulaires a été démontré dans plusieurs systèmes (in vivo ou in vitro) y compris au sein des cardiomyocytes (Eppenberger and Zuppinger, 1999; Hertig et al., 1996a, 1996b; Kostetskii et al., 2005a). Les changements au cours du développement des jonctions adhérentes sont particulièrement importants lorsque l’on étudie la formation des disques intercalaires. En effet les composants des jonctions adhérentes dans ces structures sont largement redistribués pendant le développement du myocarde au stade embryonnaire mais également en post natal.

L’analyse par immunofluorescence de la localisation de la N-Cadhérine à la surface des cardiomyocytes met en évidence une distribution homogène sur la membrane cytoplasmique à 10,5 jours du développement embryonnaire chez la souris. Plus tard durant le développement embryonnaire, la N-cadhérine est répartie

à la surface plasmatique de manière hétérogène (Sinn et al., 2002). Au 5 ème jour post natal, on observe une diminution de la quantité de marquage de la N-cadhérine au niveau de la membrane latérale, même si très peu de structures, se rapprochant des disques intercalaires, sont retrouvées. A partir du 7 ème jour post natal, on observe une augmentation des zones de contact entre les membranes terminales des cardiomyocytes, fortement marquées par les anticorps anti N-cadhérine. La N- cadhérine adopte alors une orientation transversale par rapport à l’axe longitudinal de la cellule se rapprochant de la structure des disques intercalaires matures. Comparativement au 3 ème jour post natal, le niveau de N-cadhérine identifiable au niveau de la membrane latérale diminue et occupe de moins en moins de surface. Au 15 ème jour post natal, une majorité des cardiomyocytes forment des disques intercalaires, suggérant une certaine rapidité de formation de ces structures (entre 7,5 et 15,5 jours). Le changement dans la répartition de la N-cadhérine de la membrane latérale vers les disques intercalaires matures de la membrane terminale peut être supporté par la quantification du signal de la N Cadhérine à ces différents niveaux par analyse de l’imagerie confocale. La proportion de la densité intégrée du signal de la N-cadhérine (nombre de pixel x intensité) au niveau des disques intercalaires mature augmente progressivement pendant la première semaine post natale et plus rapidement durant la 2 ème semaine de vie et atteint un plateau à un mois (Wang et al., 2012).

3.2 – Maturation des desmosomes

La dépendance des desmosomes pour leur formation et leur maintien vis à vis des jonctions adhérentes est bien documentée. De ce fait, la chronologie d’incorporation des composants protéiques des desmosomes au sein des disques intercalaires semble suivre celle des jonctions adhérentes (Angst et al., 1997), même si l’établissement de l’area composita et l’intrication entre les jonctions adhérentes et les desmosomes semble être un événement plus tardif du développement post natal. Ainsi les structures sont présentes précocément au niveau de la membrane terminale mais celle ci continue d’évoluer ultérieurement (par exemple intégration de la N- cadhérine et de la desmogléine – 2 durant la troisième semaine de vie post natale chez la souris) (Pieperhoff and Franke, 2007).

3.3 – Maturation des jonctions Gap

La redistribution des jonctions Gap durant le développement est un des premiers phénomènes retrouvés et demontrés en faveur de la maturation tardive des disques intercalaires (Peters et al., 1994). L’incorporation des jonctions Gap au sein des membranes terminales des cardiomyocytes semble être plus tardive que celle des jonctions adhérentes ou des desmosomes et ce phénomène est partagé par différentes espèces de mammifères. Chez la souris, à trois semaines post natales, la plupart du marquage de la Cx 43 est retouvé sous forme de large point au niveau de la membrane terminale mais également au niveau de la membrane latérale (Angst et al., 1997). L’analyse quantitative de la distribution des jonctions adhérentes et des jonctions Gap confirme le délai d’incorporation des jonctions Gap au sein de la membrane terminale des cardiomyocytes (Angst et al., 1997; Peters et al., 1994).