Régulation de l'activité pacemaker cardiaque par les phosphodiestérases

De nombreuses études épidémiologiques et cliniques ont révélé une forte corrélation entre fréquence cardiaque (FC) et morbi-mortalité totale et cardiovasculaire. La FC au repos est un marqueur du pronostic vital dans des pathologies comme l'insuffisance cardiaque et l'insuffisance coronaire. Les mécanismes cellulaires et moléculaires spécifiquement impliqués dans la génération et la régulation de l'automatisme cardiaque ou activité "pacemaker" ne sont pas complètement élucidés. La fonction sino-atriale est régulée par le système nerveux autonome (SNA) permettant d'adapter la FC aux besoins changeants de l'organisme. Une augmentation des niveaux d'AMP cyclique (AMPc) suite à une augmentation des taux circulants de catécholamines induit un effet chronotrope positif. Les niveaux intracellulaires d'AMPc résultent de la balance entre sa synthèse par les adénylates cyclases et sa dégradation par les phosphodiestérases (PDE). Les PDE représentent l'unique voie de dégradation du second messager suggérant un rôle clef de ces enzymes dans la régulation de l'activité cardiaque. Parmi les 6 familles de PDE (PDE1-4, PDE8 et PDE10) dégradant l'AMPc dans le coeur, les PDE4 sont cruciales pour réguler le couplage excitationcontraction cardiaque dans les myocytes atriaux et ventriculaires. Trois gènes pde4a, pde4b et pde4d codent pour de multiples variants dont les fonctions diffèrent dans l'organisme. Cependant, leur contribution respective à la régulation de l'automatisme cardiaque demeure inconnue. L'objectif de cette thèse était de combler cette lacune en identifiant les isoformes de PDE4 exprimées dans le nœud sinoatrial et en dévoilant leur rôle respectif dans l'automatisme cardiaque. Avec l'utilisation de modèles génétiques chez la souris et une combinaison d'approches physiologiques et moléculaires à différents niveaux d'intégration allant de l'exploration fonctionnelle in vivo aux études sur myocytes cardiaques isolés, nous montrons que les 3 isoformes de PDE4 sont exprimées dans la cellule pacemaker. L'ablation de PDE4B (souris 4BKO) ou PDE4D (souris 4DKO) induit une tachycardie le jour et la nuit. Ce phénotype perdure après inhibition du SNA chez les souris 4BKO, mais pas chez les souris 4DKO. Ces résultats sont confirmés par mesure de la fréquence de battement de cœur isolés perfusés 4BKO et 4DKO, suggérant donc un rôle intrinsèque de PDE4B dans le contrôle de la FC, alors que PDE4D présente un rôle dépendant du SNA. Nous avons disséqué les mécanismes cellulaires à l'origine du phénotype observé chez les souris 4BKO et nous montrons que : 1/ la délétion de PDE4B n'affecte pas les paramètres de transitoires calciques mesurées sur cellules pacemaker, ni la fréquence d'étincelles (sparks) ou de vagues (waves) calciques, mais augmente la survenue de pauses et de early aftertransients sous stimulation β-adrénergique ; 2/ la délétion de PDE4B ne modifie pas le courant ICa,L. Elle entraîne une augmentation de la fréquence des potentiels d'action associée à une augmentation de la densité de courant « funny », If . L'ensemble de ces résultats montre une contribution différentielle de PDE4B et PDE4D dans la régulation de la FC.