Role du signalosome lié à l'AMPc dans la sénescence des cardiomyocytes et dans l'insuffisance cardiaque liée au vieillissement – SIGNALAGE

Nous évaluerons si l’AMPc, via EPAC1, pourrait réguler le stress oxydant mitochondrial, les dommages à l’ADN, le couplage excitation-contraction et la sénescence des cardiomyocytes en culture primaire. Nous examinerons si une régulation spécifique des PDEs pourrait impacter les pools d’AMPc dans les mitochondries ou le noyau, deux acteurs majeurs de la sénescence. Enfin, nous évaluerons si la surexpression des PDEs ou l’inhibition d’EPAC1, pourrait atténuer l’HFpEF dans des modèles de vieillissement normal ou accéléré, dans l'espoir de trouver de nouveaux traitements pour l’HFpEF. Ainsi, une caractéristique unique de ce programme sera la capacité de mener à bien des approches hautement intégrées dans les études animales et cellulaires.

Nous avons évalué la régulation des différents acteurs du signalosome EPAC/PDE au cours du vieillissement cardiaque. Nous avons observé une surexpression de la protéine Epac1, mais pas Epac2. Au niveau des PDEs, l’expression des gènes codant pour PDE1, PDE2, PDE4, PDE5 n’est pas modifiée, tandis qu’une augmentation de PDE3B et de PDE9A est observée. Nous avons ensuite évalué in vitro les conséquences d’une activation d’Epac1 sur différents évènements associés à la sénescence. L’activation d’Epac1 conduit à des dommages à l’ADN dans les cardiomyocytes, qui s’accompagnent d’une induction de la sénescence. Cela indique un rôle majeur d’Epac1 dans la sénescence des cardiomyocytes. En parallèle, nous avons comparé les réponses ß-adrénergiques sur les taux d’AMPc mesuré par imagerie FRET et le couplage excitation-contraction dans de cardiomyocytes jeunes et âgés. Nos résultats montrent une désensibilisation des réponses ß-adrénergiques dans les cardiomyocytes âgés.
Le rôle d’Epac1 dans le vieillissement physiologique a été étudié chez des souris jeunes (6 mois) et vieilles (24 mois) WT ou KO Epac1. Des analyses fonctionnelles par échocardiographie ont montré que la fonction diastolique de base était altérée chez les animaux âgés. Nous observons une altération de la réponse aigue à l’isoprotérénol chez les souris WT âgées qui n’est pas observée chez les souris KO. Cela indiquerait que la réserve fonctionnelle est préservée chez les souris KO Epac1. Des analyses des marqueurs de sénescence ont montré une diminution significative dans le coeur des souris KO Epac1 comparés aux souris WT âgées. En parallèle, nous avons examiné l’impact d’une surexpression cardiaque d’une isoforme de phosphodiestérase particulière (PDE4B) sur la fonction cardiaque au cours du viellissement. Nos résultats montrent qu’une augmentation modérée de PDE4B diminue la fonction cardiaque mais protège d’un stress adrénergique prolongé et n’a pas d’incidence sur l’espérance de vie de la souris

Par une meilleure compréhension du rôle de l'AMPc au cours du vieillissement cardiaque, nous espérons identifier de nouvelles cibles thérapeutiques afin de lutter contre l'HFpEF, une pathologie dont la prévalence est en constante augmentation chez les sujets âgés et pour laquelle il n'existe pas de traitements.

1. Santin Y, Resta J, Parini A and Mialet-Perez J. Ageing Res Rev (2021). Doi: 10.1016/j.arr.2021.101256
2. Formoso K, Lezoualc’h F, Mialet-Perez J. Cells (2020). Doi : 10.3390/cells9091954
3. Mialet-Perez J and Parini A. Cell Death and Disease (2020). doi: 10.1038/s41419-020-2251-4.
4. Martini H, Lefevre L, Sayir S, Itier R, Maggiorani D, Dutaur M, Marsal D, Roncalli J, Pizzinat N, Cussac D, Parini A, Mialet-Perez J and Douin-Echinard V. International Journal of Molecular Sciences (2021) doi: 10.3390/ijms22052245
5. Karam S, Margaria JP, Bourcier A, Mika D, Varin A, Bedioune I, Lindner M, Bouadjel K, Dessillons M, Gaudin F, Lefebvre F, Mateo P, Lechene P, Gomez S, Domergue V, Robert P, Coquard C, Algalarrondo V, Samuel JL, Michel JB, Charpentier F, Ghigo A, Hirsch E, Fischmeister R, Leroy J, Vandecasteele G. Cardiac Overexpression of PDE4B Blunts beta-Adrenergic Response and Maladaptive Remodeling in Heart Failure. Circulation. 2020;142:161-174.

Le vieillissement de la population s’accompagne d’une augmentation de la prévalence de l'insuffisance cardiaque à fraction d'éjection préservée (HFpEF). Alors que l'incidence de l’HFpEF en terme de mortalité augmente constamment, les traitements demeurent inefficaces en raison d’une méconnaissance des mécanismes du vieillissement cardiaque. Dans une approche originale, notre consortium mettra en commun des modèles adaptés à l’étude de l’HFpEF dans le contexte du vieillissement. Récemment, il est apparu que l’accumulation de cellules sénescentes favorisait le développement des maladies liées à l’âge. Dans le laboratoire, nous avons récemment montré que les cardiomyocytes âgés acquéraient un phénotype de sénescence caractérisé par des lésions persistantes aux télomères et par l'activation des marqueurs classiques de la sénescence. En outre, l’élimination pharmacologique ou génétique des cellules sénescentes dans le cœur âgé protégeait de l’hypertrophie et de la fibrose. Cela a conduit à l’idée selon laquelle le ciblage des voies de sénescence dans le cœur pourrait atténuer l'IC liée à l'âge. Notre séquençage d'ARN effectué dans des cardiomyocytes sénescents a démontré l'activation de voies de signalisation liées à l'AMPc. Le cAMP est un second messager régulant les principaux processus physiopathologiques du cœur, mais son rôle dans le vieillissement cardiaque est mal compris. Parmi les effecteurs de l'AMPc, on trouve les protéines de liaison à l'AMPc récemment identifiées, EPAC pour « protéines d'échange directement activées par l'AMPc ». EPAC1 et EPAC2 agissent comme des facteurs d'échange pour la petite protéine G Rap, et régulent les événements clés du remodelage cardiaque tels que l'hypertrophie et l'apoptose. Nos données préliminaires indiquent qu’EPAC1 est surexprimé dans le coeur âgé de souris et que son activation chronique in vitro favorise la sénescence des cardiomyocytes. De plus, le signalosome AMPc/EPAC1 est fortement compartimenté et se produit dans plusieurs compartiments subcellulaires tels que la mitochondrie et le noyau des cardiomyocytes où il régule différentes voies de signalisation conduisant à la sénescence. Les pools subcellulaires d'AMPc sont contrôlés par une superfamille d'enzymes appelées phosphodiestérases (PDE). Comme les isoformes de PDE sont spatialement ségrégées dans la cellule, cela pourrait permettre de moduler la signalisation de l'AMPc dans certains compartiments mitochondriaux ou nucléaires en utilisant des inhibiteurs sélectifs des PDE. Cependant, à l'heure actuelle, le rôle et la régulation des différentes isoformes de PDE dans le vieillissement cardiaque sont inconnus.
Dans ce projet, nous combinerons des approches in vitro et in vivo afin d’étudier la régulation et la fonction du signalosome de l'AMPc au cours du vieillissement. Dans un premier temps, nous évaluerons si l’AMPc, via EPAC1, pourrait réguler le stress oxydant mitochondrial, les dommages à l’ADN, le couplage excitation-contraction et la sénescence. Deuxièmement, nous examinerons si une régulation spécifique des isoformes de PDE au cours du vieillissement pourrait impacter les pools d’AMPc, particulièrement dans les mitochondries ou le noyau, deux acteurs majeurs de la sénescence. Troisièmement, nous évaluerons si la surexpression des PDEs ou l’inhibition d’EPAC1, pourrait atténuer l’HFpEF dans des modèles de vieillissement normal ou accéléré chez la souris. Ainsi, une caractéristique unique de ce programme sera la capacité de mener à bien des approches hautement intégrées dans les études animales et cellulaires.
SIGNALAGE réunira des compétences dans les domaines de la sénescence et du vieillissement cardiaque à l’INSERM I2MC à Toulouse (Partenaire 1), du couplage excitation-contraction à l’INSERM U1180 (Labex LERMIT) à Châtenay-Malabry (Partenaire 2) et du signalosome de l'AMPc et la compartimentation (partenaires 1 et 2) dans l'espoir de trouver de nouvelles perspectives pour le traitement de l’HFpEF.