Etude de la signalisation intracellulaire de la cardioprotection vis-à-vis des lésions d'ischémie-reperfusion : implication de GSK-3β, de la voie WNT et de la voie mTOR

De
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Sous la direction de Pierre Dos Santos
Thèse soutenue le 15 décembre 2010: Bordeaux 2
L’infarctus du myocarde, problème majeur de santé publique, est caractérisé par une nécrose cardiomyocytaire. Des séries d’occlusions-reperfusions courtes, réalisées avant l’ischémie (Préconditionnement (PréC) ischémique) ou au moment de la reperfusion (Postconditionnement (PostC) ischémique), protègent le coeur contre des lésions d’ischémie-reperfusion (IR). Les mécanismes intracellulaires impliqués restent obscurs. Nous avons étudié la signalisation intracellulaire du PréC et du PostC, et la cardioprotection qui en découle, sur un modèle de coeur isolé perfusé de souris. Le PréC ischémique peut être mimé par une activation directe du canal potassique mitochondrial ATP dépendant (mitoKATP), entraînant la mise en place d’une boucle d’auto-amplification incluant l’activation d’Akt, l’inhibition de GSK-3β et l’ouverture du mitoKATP. Cette réponse est liée à la production modérée d’espèces dérivées de l’oxygène par le mitoKATP et aboutie à une cardioprotection. La voie de développement Wnt est capable de moduler le PréC via GSK-3β. La voie de survie mTOR, cible de GSK-3β est aussi impliquée et pourrait induire des modifications traductionnelles lors de la réponse adaptative à l’IR. Le PostC ischémique peut également être mimé par activation directe du mitoKATP lors de la reperfusion, engendrant une protection du coeur et la mise en place d’une boucle d’auto-amplification similaire à celle du PréC, comprenant Akt, GSK-3β et le mitoKATP. Le PostC est dépendant de GSK-3β, mais contrairement au PréC, il n’impliquerait pas les voies Wnt et mTOR. Cette étude est la première démontrant que le PréC implique les voies de survie mTOR et de développement Wnt avec un rôle central de GSK-3β.
-Cardioprotection
-Préconditionnement
-Postconditionnement
-Signalisation cellulaire
-GSK-3 β
-Wnt
-Mtor
-Ros
-MitoKATP
Myocardial infarction is a major problem of public health, whose prognosis is related to the extent of the infarcted territory. Transient episodes of ischemia/reperfusion before ischemia (ischemic PreConditioning (PreC)), or at the onset of reperfusion (ischemic PostConditioning (PostC)) confer myocardium resistance to lethal ischemia. However the exact mechanism of PreC and PostC remains obscure. Our objectives were to examine signaling events during PreC and PostC and their effects on cardioprotection in an isolated mouse heart model. We provide evidence that pharmacological PreC by direct activation of mitoKATP, like ischemic PreC, involve an amplification loop involving ROS production and resulting in a sustained down-regulation of GSK-3β via Akt activation and a constant opening of mitoKATP. The mTOR pathway is a target of this loop and participates to cardioprotection. Disruption of Wnt pathway by sFRP1 modulates this loop inducing GSK-3β activation. This is the first evidence that PreC involves both a pro-survival mTOR pathway and an embryonic developmental Wnt pathway targeting GSK-3β. During ischemic and pharmacological PostC, the same amplification loop is activated, including Akt, GSK-3β and the mitoKATP. Unlike PreC, PostC did not induce the mTOR survival pathway: neither phosphorylation of mTOR nor of its targets p70S6K and 4E-BP1 were observed. However, cardiac overexpression of a Wnt antagonist, impairing PreC through GSK3-β, was unable to abolish cardioprotection afforded by PostC. PostC signaling differs from the preC pathway. Despite these discrepancies, GSK-3β plays a key role in both types of cardioprotection.
-Cardioprotection
-Preconditioning
-Postconditioning
-Cell signaling
Source: http://www.theses.fr/2010BOR21759/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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MTOR
-
ROS
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UNIVERSITÉ VICTOR SEGALEN BORDEAUX 2


Année 2010 Thèse n°1759
THÈSE

pour le

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 2

Mention : Sciences, Technologie, Santé
Option : Biologie cellulaire et Physiopathologie


Présentée et soutenue publiquement
le 15 décembre 2010

par François VIGNERON

__________________________________________________________

ÉTUDE DE LA SIGNALISATION INTRACELLULAIRE DE LA
CARDIOPROTECTION VIS-À-VIS DES LÉSIONS D’ISCHÉMIE-
REPERFUSION
---
IMPLICATION DE GSK-3β, DE LA VOIE WNT ET DE
LA VOIE MTOR
__________________________________________________________

Travail réalisé au sein de l’unité INSERM U828 – Adaptation Cardiovasculaire à l’Ischémie



Membres du Jury :

Pr Jean-Pierre SAVINEAU Université Bordeaux 2 Président
Dr Anne GARNIER INSERM Châtenay-Malabry Rapporteur
Pr Christophe PIOT Université de médecine Montpellier Rapporteur
Pr Alain BERDEAUX Université Paris-Est Examinateur
Pr Laurent BARANDON Université Bordeaux 2 Examinateur
Pr Pierre DOS SANTOS Université Bordeaux 2 Directeur







À ma famille.


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Remerciements


Je tiens à remercier le président du jury, les rapporteurs et les examinateurs d’avoir accepté
de juger ce travail.
Je remercie Pierre, pour toute la confiance qu’il a toujours eue en moi, mais aussi pour ses
connaissances très approfondies en physiologie et bioénergétique cardiaques, ainsi que sur les
mécanismes de l’ischémie-reperfusion et du préconditionnement. Merci également pour tous les
groupes de musique que tu m’as fait découvrir (mais je reste quand même convaincu que Thom Yorke
se prend trop la tête).

Je tiens également à remercier tous les membres de l’unité 828, ex 441, pour leur accueil et
leur gentillesse, il y a déjà quelques années, quand je suis arrivé pour mon stage de Master I, qui s’est
prolongé en Master II et enfin en thèse. C’était la première fois que j’entrais dans un laboratoire autre
que pâtissier et j’en garde un excellent souvenir.
Je souhaiterais remercier plus particulièrement :
Béatrice, qui m’a encadré depuis le début et que je n’ai jamais réussi à tutoyer. Merci
énormement pour tout ce que vous avez fait pour moi et pour tout le temps que vous m’avez
consacré, que ce soit pour des manips de western blot capricieuses, des montages de Langendorff
hasardeux, des tampons de transfert douteux qui tournent au jaune pendant la nuit, des
confirmations de génotypages de souris inconnues, mais aussi pour toutes les pistes, les réflexions, les
conseils, les astuces, … lorsque l’on était dans le bureau (et également pour les cafés qui ont coulé à
flot. Un jour, promis, j’apprends à faire un café qui ne ressemble pas à de l’eau miliQ). Merci
également de m’avoir tenu compagnie 4j/5 dans ce bureau glacial l’hiver et brûlant l’été. Merci
énormement.
Liliane, qui m’a tout appris sur les souris et qui a réussi à me faire passer mon aversion pour la
dissection. Merci de m’avoir montré comment attraper les souris, sans se faire mordre à la gorge
toutes les 5 minutes ; de m’avoir appris à canuler sans perdre de temps et en évitant les fuites ; de
m’avoir montré comment refaire un ballonet (et surtout, le conserver dans l’eau entre chaque manips
pour éviter qu’il ne s’assèche) ; de m’avoir appris à me servir de notre vieux pH-mètre, qui plante tout
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Remerciements
le temps. Merci beaucoup pour tous les cœurs que vous avez perfusés et qui m’ont servi pour ce
travail. Merci également pour toutes les anecdotes que vous m’avez raconté.
Marilyne, qui a repris le travail de Liliane, et qui en peu de temps est rapidement devenue
indispensable de par son savoir faire et sa gentillesse. Merci pour toutes ces préparations de Krebs
dès l’aube et pour tous ces cœurs perfusés. Merci aussi d’avoir passé une semaine avec moi à revoir
toutes les feuilles excel des perfusions, pour au final, remarquer que ça n’a servi à rien.
Sandrine, pour son expérience et sa bonne humeur, mais aussi pour toutes les anecdotes
hillarantes entre deux perfusions.
Bertrand et Philippe, qui m’ont fait découvrir le monde fabuleux de la perfusion, des in vivo
de cochons et des oxymètres.
Annabel et Catherine, qui ont eu la gentillesse de m’apprendre à faire des PCR et qui ont
supporté toutes mes erreurs de manips.
Cécile, Pascale, Thierry et Jean-Marie, pour les réunions du lundi, qui m’ont obligé à mettre à
jour mes résultats toutes les semaines et m’ont permi de m’améliorer en powerpoint. Je tiens à
remercier plus particulièrement Cécile pour toutes ses connaissances sur la voie Wnt et pour toutes
ses idées qui ont enrichi mon travail.
Nancy et Betty, pour leur gentillesse et leurs conseils, mais aussi pour avoir assisté aux
réunions du lundi et ainsi m’éviter de passer à l’oral toutes les semaines.
Simone, pour tous ses conseils et sa gentillesse sans limite. Merci aussi de m’avoir fait
voyager à travers vos superbes albums photos.
Jérôme, qui s’est occupé des souris et leur a fourni eau, nourriture et amour ad libitum.

Je remercie également les FDR, et plus particulièrement Sylvain et Fred, toujours partants pour nos
délires photographiques.
Je tiens enfin à remercier ma famille, sans qui je ne serai pas là, mais aussi ma nouvelle famille de
Razimet.
Je remercie du fond du cœur ma Sylvie, pour m’avoir supporté et aidé pendant ces 3 années.

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Table des Matières
Table des Matières

Remerciements .......................................................................................................................... v
Table des Matières .................... ix
Liste des Figures ...................... xv
Liste des Tableaux ...................................................................................................................xvi
Abréviations ..............................xix
PRÉAMBULE .........................- 1 -
Liste des Communications .....................................................................................................- 7 -
PREMIÈRE PARTIE.............- 11 -
INTRODUCTION ..................................................................................................................- 11 -
I-Physiopathologie de l’Ischémie-Reperfusion Myocardique ..............- 13 -
Sommaire .................- 13 -
I.1- Hypoxie et ischémie ....................................................................................................- 15 -
I.1.a- Hypoxie physiologique ..........................- 15 -
I.1.a.α- Hypoxie physiologique lors du développement et de la différenciation cellulaire .- 15
-
I.1.a.β- Hypoxie physiologique d’adaptation................................................................- 16 -
I.1.b- Hypoxie pathologique ...........................................................- 17 -
I.1.b.α- Hypoxie pathologique d’adaptation - 17 -
I.1.b.β- L’hypoxie par réduction princeps de la perfusion. Le cas de l’athérosclérose
coronaire et de l’ischémie myocardique. ....................................................................- 19 -
I.2- Perturbations myocardiques induites par l’ischémie-reperfusion ...- 20 -
I.2.a- Préambule............................................- 20 -
I.2.b- Métabolisme énergétique du myocarde.................................................................- 21 -
I.2.b.α- Métabolisme énergétique du myocarde en conditions normoxiques ................- 21 -
I.2.b.α.I- Généralités ..............................................................- 21 -
I.2.b.α.II- L’utilisation de substrats énergétiques ......................................................- 23 -
I.2.b.α.III- La phosphorylation oxydative ..................................- 24 -
I.2.b.α.IV-Le transfert énergétique de la mitochondrie aux sites d’utilisation .............- 24 -
I.2.b.β- Perturbations du métabolisme énergétique du myocarde en conditions ischémiques
................................................................................................................................- 26 -
I.2.c- L’homéostasie calcique intracardiomyocytaire et le couplage excitation-contraction - 28 -
I.2.c.α- L’homéostasie calcique intracardiomyocytaire en conditions normoxiques .......- 28 -
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Table des Matières

I.2.c.β- Perturbations de l’homéostasie calcique du myocarde en conditions ischémiques ... -
29 -
I.2.d- Stress oxydant en conditions d’ischémie ................................................................- 30 -
I.2.e- La reperfusion ......................................- 31 -
I.2.e.α- La majoration brutale de la surcharge calcique ................................................- 33 -
I.2.e.β- La majoration brutale du stress oxydant ..........................- 34 -
I.2.c.γ- Intégrité mitochondriale en situation d’ischémie-reperfusion ...........................- 34 -
II-Mort Cellulaire et Ischémie-Reperfusion ..........................................................................- 37 -
Sommaire .................................................- 37 -
II.1- Apoptose ...................- 39 -
II.1.a- Apoptose.............................................................................- 39 -
II.1.a.α- La voie extrinsèque de l’apoptose ..- 39 -
II.1.a.β- La voie intrinsèque de l’apoptose ...................................................................- 40 -
II.1.b- Apoptose et infarctus du myocarde ......- 42 -
II.1.b.α- Voie extrinsèque de l’apoptose et infarctus du myocarde ...............................- 42 -
II.1.b.β- Voie intrinsèque de l’apoptose et infarctus du myocarde ................................- 43 -
II.2- Nécrose .....................................................................................................................- 44 -
II.2.a- Nécrose...............- 44 -
II.2.a.α- Nécrose par les récepteurs de mort ...............................................................- 44 -
II.2.a.β- Nécrose impliquant le mPTP ..........................................- 45 -
II.2.a.γ- Nécrose impliquant le calcium et les protéases ...............- 45 -
II.2.b- Nécrose et infarctus du myocarde ........................................- 46 -
II.3- Autophagie ................................................................................- 47 -
II.3.a- Autophagie..........- 47 -
II.3.b- Autophagie et infarctus du myocarde ...................................................................- 48 -
II.3.b.α- Autophagie et ischémie prolongée .- 48 -
II.3.b.β- Autophagie et reperfusion .............................................................................- 49 -
III-La Cardioprotection ..........................................- 51 -
Sommaire .................- 51 -
III.1- Le préconditionnement .............................................................................................- 53 -
III.1.a- Le préconditionnement ischémique .....................................- 53 -
III.1.a.α- Historique et concept de l’IPC .......................................- 53 -
III.1.a. β - Signalisation intracellulaire de l’IPC..............................- 55 -
III.1.a.β.I – PI3K .....................................................................- 56 -
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