Homéostasie calcique mitochondriale dans le contrôle des troubles du rythme associés à la cardiomyopathie métabolique – CALMOS

Le MCU a été purifié à partir des oreillettes et des ventricules du myocarde isolé de souris nourries avec un régime riche en graisse et en saccharose ou un régime normal pendant deux semaines et 3 mois. Une fois purifié, le MCU a été incorporé dans un electrophysiologique de bicouche lipidique plane et les propriétés biophysiques du canal unitaire MCU ont été analysées. La composition du complexe protéiques composant le MCU a été mesurée en biochimie classique (Western Blot BN-Page).
En parallèle, la sensibilité de ces souris à déclencher une arythmie auriculaire, telle que la fibrillation auriculaire, a été évaluée par une stimulation électrique transoesophagienne.

En utilisant ces approches, nous démontrons ici pour la première fois un remodelage du complexe MCU dans les oreillettes et les ventricules des souris pré-diabétiques et diabétiques (15 jours et 3 mois de régime HFS respectivement). Principalement, la protéine régulatrice MICU1 du MCU est augmentée significativement. L'activité canalaire du MCU est par conséquent diminuée pour une faible concentration de Ca2 +. Cette diminution de l'activité du MCU est associée à une diminution de l'absorption mitochondriale de Ca2+ dans les ventricules après 15 jours de régime HFS
En parallèle, la sensibilité de la fibrillation auriculaire est augmentée dans les modèles de souris prédiabètes et diabétiques. Un traitement d'une semaine avec l'activateur MCU, kaempferol, empêche le déclenchement de la fibrillation auriculaire.

Ces résultats sont majeurs pour plusieurs aspects: 1- c'est la première fois que l'activité monocanale MCU est enregistrée à partir de tissus natifs; 2- L'expression de Micu1 est augmentée dans la cardiomyopathie diabétique et l'activité du complexe MCU est réduite pour la concentration physiologique de Ca2 +; 3- L'activation du MCU dans la cardiomyopathie diabétique a réduit la sensibilité à la fibrillation auriculaire.
Perspectives: Mesurer le complexe MCU dans les oreillettes humaines; Analyser les effets du kaempférol sur la fonction MCU, cibler l'expression MICU1 pour limiter la cardiomyopathie diabétique dans l'arythmie

Une partie de ce projet a été reportée en raison de la pandémie de Covid. Nous finalisons maintenant les dernières expériences pour publication

Le diabète de type 2 (DT2) est un facteur de risque indépendant de troubles du rythme et d’insuffisance cardiaque. Les études épidémiologiques et cliniques sont en faveur de l'existence d’une cardiomyopathie liée au diabète et à l’obésité, indépendamment de la présence d’une coronaropathie, d’une hypertension ou d'autres comorbidités. En outre, l’altération intrinsèque du métabolisme énergétique est une caractéristique du cœur diabétique chez l’homme. Dans le myocarde de patient diabétique, nous avons récemment démontré qu'un dysfonctionnement mitochondrial auriculaire pré-opératoire est associé à un risque de fibrillation atriale post-chirurgie cardiaque, identifiant pour la première fois la mitochondrie comme un acteur potentiel dans l’arythmie la plus fréquemment rapportée chez l’homme. Ainsi, la dysfonction mitochondriale apparaît comme un substrat arythmogène majeur chez les patients atteints de syndrome métabolique. Dans le cœur, à chaque cycle cardiaque, les mitochondries captent une partie du Ca2+ libéré par le canal calcique du réticulum sarcoplasmique, le récepteur à la ryanodine de type 2 (RyR2), par l'intermédiaire de l'unipore Ca2+ mitochondrial (MCU). La structure du complexe macromoléculaire MCU contrôle sa sensibilité au Ca2+ et la capacité des mitochondries à capter le Ca2+. Une fois dans la matrice mitochondriale, le Ca2+ module le flux métabolique et la production d'ATP en régulant l'enzyme clé impliquée dans l'oxydation des carbohydrates. En modulant l'activité de la chaîne respiratoire, le Ca2+ mitochondrial régule de manière synergique la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). Il existe donc une relation étroite entre Ca2+ mitochondrial, ATP et ROS. Dans la cardiomyopathie diabétique au cours de laquelle l'oxydation des acides gras augmente, la diminution de l'absorption mitochondriale de Ca2+ s'accompagne d'une augmentation des ROS mitochondriales ainsi que d'une altération de l'activité de la chaîne respiratoire et de la production d'ATP. Une telle modulation de la fonction mitochondriale peut en retour altérer l’activité électrique et les propriétés de conduction myocardique. A l’inverse, il a récemment été démontré que deux activateurs de l’entrée de Ca2+ dans la mitochondrie, l'efsevin (agoniste VDAC2) et le kaempférol (MCU), suppriment les troubles du rythme dépendants du Ca2+.dans un modèle murin et dans des cardiomyocytes humains dérivés des IPS présentant une mutation du RyR2. Parallèlement, plusieurs études précliniques démontrent les effets bénéfiques du kaempférol sur le métabolisme mitochondrial et le développement du syndrome métabolique. La régulation de l’entrée de Ca2+ dans la mitochondrie apparaît ainsi comme une cible puissante pour prévenir la cardiomyopathie et les troubles du rythme associés au DT2.
Par conséquent, l’objectif de ce projet sera d'étudier, dans des échantillons auriculaires humains et dans un modèle de souris présentant un syndrome métabolique, la régulation moléculaire de la signalisation Ca2+ mitochondriale sous-jacente au développement des troubles du rythme. Notre consortium a pour but de déterminer comment le contrôle dynamique de l’homéostasie calcique mitochondriale sous-tend le développement du dysfonctionnement cardiaque et en particulier de l'arythmie. Le but final de ce projet est de développer une approche novatrice transposable à la clinique qui permettra l'optimisation des stratégies thérapeutiques pour le traitement de la cardiomyopathie diabétique.