Version AnglaiseCaractérisation de cardiomyocytes DMD et CPVT « patient-specific » dérivés de cellules souches pluripotentes induites

Le couplage excitation-contraction au niveau cardiaque se réfère à une cascade intracellulaire conduisant à la contraction. Brièvement, la dépolarisation de la membrane active les canaux Ca2+ voltage-dépendants situés dans les tubules transverses qui, à leur tour, activent les récepteurs de la ryanodine 2 (RyR2), insérés dans la membrane du réticulum sarcoplasmique (SR), qui libèrent massivement du Ca2+ dans le cytosol conduisant à la contraction du cardiomyocyte. Le RyR2 est un énorme complexe macromoléculaire capable d’interagir avec de nombreuses partenaires telles que la protéine stabilisatrice calstabin2 (FKBP12.6), les kinases, les phosphatases, la phosphodiestérase et de la calmoduline.

Des modifications post-traductionnelles du RyR2 telles qu’une hyperphosphorylation par la  kinase dépendante de l’AMPC (dite PKA), ou des modifications redox-dépendantes (thio-nitrosylation et carbonylation) contribuent à une altération de l’homéostasie calcique intracellulaire et un dysfonctionnement contractile dans les cas d’insuffisance cardiaque, de diabète et de nombreuses dystrophies musculaires, y compris la dystrophie musculaire sévère de Duchenne (DMD). Des mutations ponctuelles du RyR2 sont également liées à des cardiomyopathies comme la tachycardie catécholaminergique ventriculaire polymorphe (CPVT).

En utilisant des modèlFig 1 Theme 2 EQ2es animaux, nous avons précédemment démontré que la fuite de Ca2+ au niveau du SR, liée à un remodelage post-traductionnel du RyR2 (cas de la DMD), ou liée à des mutations ponctuelles du RyR2 (CPVT), engendrent des  tachycardies ventriculaires et parfois la mort subite sous l’effet du stress lié à la stimulation bêta-adrénergique, et / ou à une cardiomyopathie dilatée conduisant à une insuffisance cardiaque.Cependant, les modèles animaux classiquement utilisés ne récapitulent pas toujours le phénotype observé chez les patients. Par ailleurs, il est éthiquement très difficile d’obtenir des biopsies cardiaques fraîches provenant de patients.

Figure 1 : Schéma illustrant la méthodologie utilisée pour reprogrammer des cellules souches pluripotentes hiPSC issues de biopsies de patients et pour les différencier en cardiomyocytes « patient-specific ».

Par conséquent, afin de valider davantage le rôle du RyR2 chez les patients DMD et CPVT, nous émettons l’hypothèse que les cardiomyocytes (CMs) issus de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC), provenant de biopsies de patients DMD et CPVT, représentent un excellent modèle ex vivo alternatif pour étudier les altérations de l’homéostasie calcique intracellulaire au sein de CMs déficients en dystrophine et disposant de mutations ponctuelles au niveau du RyR2 (Fig. 1 et 2). L’objectif principal de ce projet de recherche est d’améliorer la compréhension des mécanismes moléculaires responsables de cardiomyopathies liés aux pathologies DMD et CPVT chez l’Homme.

Un autre objectif est également d’élaborer de nouveaux outils pharmacologiques pour traiter des troubles cardiaques en ciblant spécifiquement le RyR2 dans les CMs.

Figure 2 : Images d’immunochimie mettant en évidence l’expression de troponine T cardiaque (cTnT) dans les cardiomyocytes issus de hiPSC. La barre blanche représente une mesure de 20 μm (illustration adaptée de Pesl, Acimovic et al., Heart Vessels. 2014).


Collaborations :

  • Department of cardiopediatry, CHRU Montpellier, France
  • Petr Dvorak and Vladimir Rotrekl, Department of Biology, Faculty of Medicine Masaryk University, Brno, Czech Republic
  • Petr Vondracek, Children Hospital, Faculty of Medicine Masaryk University, Brno, Czech Republic
  • Marwan Refaat, Department of Internal Medicine, American University of Beirut, Faculty of Medicine, Beirut, Lebanon
  • Jonathan Lu, Department of Pharmacology, Columbia University, New York (NY), USA
  • Jim W. Cheung, Division of Cardiology, Cardiac Electrophysiology Laboratory, Weill Medical College of Cornell University, New York (NY), USA

Financements : 

  • FRM
  • AFM
  • ESC
  • PHC Barrande grant (French-Czech network)
  • Czech GACR grant
  • Fondation Cœur et Expérimental

Publications Majeures :

  1. Jelinkova S, Fojtik P, Kohutova A, Vilotic A, Markova L, Pesl M, Jurakova T, Kruta M, Vrbsky J, Gaillyova R, Valaskova I, Frak I, Lacampagne A, Forte G, Dvorak P, Meli AC, Rotrekl V. 1. (2019). Dystrophin Deficiency Leads to Genomic Instability in Human Pluripotent Stem Cells via NO Synthase-Induced Oxidative Stress.Cells 2019 Jan 15;8(1). pii: E53.
  1. Acimovic I, Refaat MM, Moreau A, Salykin A, Reiken S, Sleiman Y, Souidi M, Přibyl J, Kajava AV, Richard S, Lu JT, Chevalier P, Skládal P, Dvořak P, Rotrekl V, Marks AR, Scheinman MM, Lacampagne A, Meli AC. (2018). “Post-Translational Modifications and Diastolic Calcium Leak Associated to the Novel RyR2-D3638A Mutation Lead to CPVT in Patient-Specific hiPSC-Derived Cardiomyocytes.J Clin Med. 2018 Nov 8;7(11). pii: E423.
  1. Cheung JW, Meli AC, Xie W, Mittal S, Reiken S, Wronska A, Xu L, Steinberg JS, Markowitz SM, Iwai S, Lacampagne A, Lerman BB, Marks AR. Short-coupled polymorphic ventricular tachycardia at rest linked to a novel ryanodine receptor (RyR2) mutation: Leaky RyR2 channels under non-stress conditions. (2014) Int J Cardiol. 180C:228-236.
  1. Meli AC, Refaat MM, Dura M, Reiken S, Wronska A, Wojciak J, Carroll J, Scheinman MM, Marks AR A novel ryanodine receptor mutation linked to sudden death increases sensitivity to cytosolic calcium. (2011). Circ Res. 109: 281-290.

Coordinateurs :

Lacampagne Alain

Participants : 

Amedro Pascal