La PDE4

2.3.3.1. Caractéristiques générales

C’est une famille de PDE qui hydrolyse spécifiquement l’AMPc. Elle comprend quatre isoformes (PDE4A, PDE4B, PDE4C et PDE4D) codées par 4 gènes différents. L’épissage alternatif des produits d’expression de ces gènes génèrent de plus une multitude de variants, répartis en formes courtes ou longues (Komas et al., 1991; Lugnier, 2006b). Si les formes longues de PDE4 contiennent dans leur région N-terminale deux domaines conservés (Upstream Conserved Regions), UCR-1 et UCR-2, les formes courtes ou super-courtes présentent seulement le domaine UCR-2 respectivement complet ou tronqué (Figure 16). Le domaine catalytique est situé dans la région C-terminale (Figure 16).

Figure 16 : Représentation schématique de la structure des 4 groupes de PDE4 d’après

(Houslay et al., 2007).

Les isoformes de PDE4, résultant de l’épissage alternatif de 4 gènes différents (PDE4A, 4B, 4C et 4D), sont classées en 4 groupes en fonction de la taille de leur région N-terminale : les formes

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longues, les formes courtes, les formes super-courtes et les formes mortes-courtes. UCR :

Upstream Conserved Region.

Les domaines UCR sont aussi le siège d’interaction avec diverses protéines comme la protéine AKAPs, β-arrestine, ERK et RACK. Ces interactions permettent une localisation spécifique des variants de PDE4 dans des compartiments subcellulaires (Houslay et al., 2005).

Les PDE4 peuvent être phosphorylées par la PKA, la protéine ERK et la CAMKII (Maurice et al., 2003; Mika et al., 2015). Les formes longues sont sélectivement phosphorylées par la PKA entrainant leur activation, tandis que la phosphorylation par ERK est inhibitrice. Les formes courtes quant à elle sont activées par phosphorylation par la protéine ERK (Maurice et al 2003).

L’expression des isoformes de la PDE4 est ubiquitaire. L’isoforme PDE4A est très exprimée dans le cerveau, quant aux isoformes PDE4B et PDE4D, ils prédominent dans les cellules du système immunitaire (Omori and Kotera, 2007a). Au niveau cardiaque, trois isoformes sont exprimés PDE4A, PDE4B (PDE4B1, PDE4B2, et PDE4B3), and PDE4D (PDE4D1, PDE4D2 et PDE4D3) (Maurice et al., 2003). Au niveau vasculaire, les CMLVs isolées de divers lits vasculaires chez l’homme et le rat expriment le variant PDE4B2 ainsi que de nombreux variants de PDE4D (PDE4D3, PDE4D5, PDE4D7, PDE4D8 et PDE4D9). L’expression et l’activité des variants PDE4D est décrite pour être sensible aux agents élévateurs de la concentration d’AMPc. Un court traitement (2-30 min) entraine l’activation des isoformes PDE4D3 et PDE4D5 suite à leur phosphorylation par la PKA. Une exposition plus longue (1-4 h) stimule l’expression de la PDE4D3 dans les artères fémorales isolées de rat (Maurice et al, 2003).

2.3.3.2. Modulation pharmacologique de l’activité de PDE4

Le rolipram et le Ro-20-1724 furent les premiers inhibiteurs sélectifs de la PDE4 développés (Lugnier et al., 1983; Schwabe et al., 1976). Ils inhibent tous les isoformes de PDE4 avec des IC50 relativement proches (IC50 = 0,05-2 µM pour le rolipram et IC50 = 1-2 µM pour le Ro-20-1724) (Rich et al., 2001). La propriété anti-inflammatoire du rolipram a encouragé le développement de nouveaux inhibiteurs pour le traitement de certaines maladies inflammatoires comme la bronchopneumopathie obstructive chronique (BPCO) et l’asthme. Ces deux pathologies sont caractérisées par inflammation chronique du muscle lisse bronchique. Un obstacle majeur au développement clinique des inhibiteurs de PDE4 est lié à leurs effets indésirables. Les inhibiteurs de PDE4 provoquent d’importants désordres gastro-intestinaux (nausées, vomissements et diarrhées). C’est pourquoi les efforts de l’industrie pharmaceutique se sont focalisés par la suite sur la réduction de ces effets indésirables. Deux

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inhibiteurs, le cilomast (Ariflo®, IC50 = 95 nM; (Christensen et al., 1998)) et le roflumilast (Daxas®, IC50 = 0,8 nM; (Hatzelmann & Schudt, 2001)) ont atteint la phase III des essais cliniques et sont commercialisés pour le traitement de la BPCO. Plus récemment, des inhibiteurs sélectifs pour l’isoforme PDE4D et PDE4B ont été synthétisés. Le GEBR-7b inhibe la PDE4D avec une IC50 = 0,67 µM (Bruno et al., 2011) et le dérivé du 2-arylpyrimidine inhibe la PDE4B avec une IC50 = 0,19 µM (Naganuma et al., 2009). Seul le premier est commercialisé par la société Calbiochem (Merck Millipore, Fontenay-sous-Bois, France). Les essais in vivo réalisés sur des souris, par comparaison au rolipram, révèlent qu’ils ont la capacité d’induire un effet pharmacologique (améliore la capacité de mémorisation chez le rat) à des doses qui n’entrainent pas d’effets indésirable (absence ou très peu de nausées) (Bruno et al., 2011).

2.3.3.3. Rôle de la PDE4 dans la régulation du tonus vasculaire

La mesure in vitro de l’activité enzymatique de la PDE4, en présence d’1 µM d’AMPc, révèle que cette PDE, constitue après la PDE3, une des principale famille qui dégrade l’AMPc dans les CMLVs de plusieurs lits vasculaires (Hubert et al., 2014; Polson and Strada, 1996). Cependant, ces données ne reflètent pas vraiment les effets fonctionnels des inhibiteurs de PDE4 sur le tonus vasculaire. En effet, il est généralement admis que l’effet relaxant d’un inhibiteur de PDE4 est modéré (Lugnier, 2006b; Maurice et al., 2003), comme le montrent par exemple les expériences de réactivité vasculaires réalisées sur l’aorte de rat par l’équipe de Komas et Lindgren (Komas et al., 1991; Lindgren et al., 1990) et sur l’artère coronaire porcine (Kaneda et al., 2010). Par la suite, il a été constaté qu’en présence d’un inhibiteur de PDE3, d’un endothélium fonctionnel ou d’un donneur de NO, l’effet relaxant de l’inhibiteur de PDE4 est amplifiée. Cette observation serait expliquée par la redondance des activités PDE3 et PDE4. En effet, ces conditions sont associées à une augmentation de la concentration de GMPc dans les CMLVs et inhiberaient la PDE3. La contribution relative à l’hydrolyse de l’AMPc par la PDE4 serait dans ce cas plus importante, et donc associée à un effet plus important des inhibiteurs de PDE4 (Eckly and Lugnier, 1994; Hubert et al., 2014; Komas et al., 1991). Ces observations prouvent qu’il existe une interaction entre la PDE3 et la PDE4 contrôlée par le GMPc.

De façon comparable aux inhibiteurs de PDE3, les inhibiteurs de PDE4 réduisent la prolifération et l’expression des molécules d’adhésion et la perméabilité des CEs (Blease et al., 1998; Lugnier and Schini, 1990; Suttorp et al., 1993). Ces données ont été vérifiées expérimentalement in vitro et in vivo en utilisant le modèle de la membrane

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allantoïdienne d'œufs aviaires fécondés (DeFouw and DeFouw, 2001). Le rôle spécifique de chaque isoforme reste à explorer.

Comme la PDE3, la PDE4D a été décrite pour former un complexe membranaire avec Epac1 qui a pour rôle la régulation de la perméabilité des CEs. Cette dernière est favorisée lors de la dissociation du complexe membranaire (Rampersad et al., 2010).