Progrès dans la compréhension de la régulation adrénergique du couplage excitation-contraction cardiaque et des récepteurs de la ryanodine RyR₂ par la PKA de type I et FKBP12.6

Type 2 ryanodine receptor (RyR₂) is a calcium channel expressed at the sarcoplasmic reticulum (SR) membrane, the organelle responsible for the storage of Ca²⁺ in cardiac myocytes. The Ca²⁺ released from SR during RyR₂ opening plays a key role in the cardiac excitation-contraction coupling (ECC), but also in the triggered arrhythmias. The RyR₂ receptor is highly regulated by, among others, cAMP-dependent protein kinases (PKA) which phosphorylate the channel, thereby favouring their opening during β-adrenergic stress, and by an immunophilin, FKBP12.6, which, contrary to PKA, promotes channel closure during diastole and thereby preventing the arrhythmias. My thesis aims to understand better the adrenergic regulation of ECC, and specifically of RyR₂ by two proteins at the centre of controversies: type I PKA and FKBP12.6. Using several animal models, my work has highlighted: 1/ a significant role, unknown to date in the adult heart, of type I PKA in the regulation of RyR₂ and the heart contractile function; 2/ that the moderate overexpression (≈12-fold) of FKBP12.6 promotes the synchronization of the RyR₂ opening and closing in basal conditions and after β-adrenergic stimulation, which is accompanied by blunting of triggered arrhythmias induced by sympathetic stress; 3/ that in the context of a familial mutation of RyR₂ (RyR₂R420Q) associated with ventricular tachycardias (CPVT) triggered by emotional or physical stress, the moderate overexpression of FKBP12.6 decreases the opening of mutated RyR₂ during diastole and proarrhythmogenic events; 4 / that, in contrast, a high overexpression of FKBP12.6 (≈38-fold) induces deleterious effects with the development of cardiomyopathy associated with spontaneous arrhythmias responsible for sudden death. Taken together, these results support our hypothesis that FKBP12.6 has antiarrhythmic properties and is a potential therapeutic target in the treatment of arrhythmias triggered by sympathetic stress.Le récepteur de la ryanodine RyR₂ est un canal calcique exprimé à la membrane du réticulum sarcoplasmique (RS), organite de stockage des ions Ca²⁺ dans les myocytes cardiaques. Le Ca²⁺ libéré du RS lors de l’ouverture de RyR₂ joue un rôle central dans le couplage excitation-contraction (CEC), mais aussi dans le déclenchement d’arythmies. RyR₂ est fortement régulé, entre autres par les protéines kinases dépendantes de l’AMPc (PKA) qui le phosphorylent activant ainsi l’ouverture du canal lors d’un stress β-adrénergique, et par une immunophiline, FKBP12.6, qui, au contraire de la PKA, favorise la fermeture du canal au cours de la diastole prévenant le déclenchement d’arythmies. L’objectif de ma thèse est de mieux comprendre la régulation adrénergique du CEC et plus particulièrement de RyR₂ par deux acteurs au centre de plusieurs controverses : la PKA de type I et FKBP12.6. Par l’utilisation de plusieurs modèles animaux, mes travaux ont mis en évidence : 1/ un rôle important, et à ce jour méconnu dans le cœur adulte, de la PKA de type I dans la régulation de RyR₂ et de la fonction contractile du cœur ; 2/ que la surexpression modérée (≈12 fois) de FKBP12.6 favorise la synchronisation de l’ouverture et de la fermeture des RyR₂ en condition basale et après stimulation β-adrénergique, ce qui s’accompagne d’une prévention des arythmies déclenchées suite à un stress sympathique ; 3/ que dans le cadre d’une mutation familiale de RyR₂ (RyR₂R420Q) associée à des tachycardies ventriculaires (CPVT) déclenchées par un stress émotionnel ou physique, la surexpression modérée de FKBP12.6 diminue l’ouverture des RyR₂ mutés lors de la diastole, événement pro-arythmogène ; 4/ en revanche, une surexpression très élevée de FKBP12.6 (≈38 fois) induit des effets délétères avec le développement d’une cardiomyopathie et le déclenchement spontané d’arythmies responsables de mort subite. L’ensemble de ces résultats confortent notre idée que FKBP12.6 a des propriétés anti-arythmiques et est une potentielle cible thérapeutique dans le traitement des arythmies déclenchées par un stress sympathique

Advances in the understanding of the adrenergic regulation of cardiac excitation-contraction coupling and ryanodine receptors RyR₂ by type I PKA and FKBP12.6

Le récepteur de la ryanodine RyR₂ est un canal calcique exprimé à la membrane du réticulum sarcoplasmique (RS), organite de stockage des ions Ca²⁺ dans les myocytes cardiaques. Le Ca²⁺ libéré du RS lors de l’ouverture de RyR₂ joue un rôle central dans le couplage excitation-contraction (CEC), mais aussi dans le déclenchement d’arythmies. RyR₂ est fortement régulé, entre autres par les protéines kinases dépendantes de l’AMPc (PKA) qui le phosphorylent activant ainsi l’ouverture du canal lors d’un stress β-adrénergique, et par une immunophiline, FKBP12.6, qui, au contraire de la PKA, favorise la fermeture du canal au cours de la diastole prévenant le déclenchement d’arythmies. L’objectif de ma thèse est de mieux comprendre la régulation adrénergique du CEC et plus particulièrement de RyR₂ par deux acteurs au centre de plusieurs controverses : la PKA de type I et FKBP12.6. Par l’utilisation de plusieurs modèles animaux, mes travaux ont mis en évidence : 1/ un rôle important, et à ce jour méconnu dans le cœur adulte, de la PKA de type I dans la régulation de RyR₂ et de la fonction contractile du cœur ; 2/ que la surexpression modérée (≈12 fois) de FKBP12.6 favorise la synchronisation de l’ouverture et de la fermeture des RyR₂ en condition basale et après stimulation β-adrénergique, ce qui s’accompagne d’une prévention des arythmies déclenchées suite à un stress sympathique ; 3/ que dans le cadre d’une mutation familiale de RyR₂ (RyR₂R420Q) associée à des tachycardies ventriculaires (CPVT) déclenchées par un stress émotionnel ou physique, la surexpression modérée de FKBP12.6 diminue l’ouverture des RyR₂ mutés lors de la diastole, événement pro-arythmogène ; 4/ en revanche, une surexpression très élevée de FKBP12.6 (≈38 fois) induit des effets délétères avec le développement d’une cardiomyopathie et le déclenchement spontané d’arythmies responsables de mort subite. L’ensemble de ces résultats confortent notre idée que FKBP12.6 a des propriétés anti-arythmiques et est une potentielle cible thérapeutique dans le traitement des arythmies déclenchées par un stress sympathique.Type 2 ryanodine receptor (RyR₂) is a calcium channel expressed at the sarcoplasmic reticulum (SR) membrane, the organelle responsible for the storage of Ca²⁺ in cardiac myocytes. The Ca²⁺ released from SR during RyR₂ opening plays a key role in the cardiac excitation-contraction coupling (ECC), but also in the triggered arrhythmias. The RyR₂ receptor is highly regulated by, among others, cAMP-dependent protein kinases (PKA) which phosphorylate the channel, thereby favouring their opening during β-adrenergic stress, and by an immunophilin, FKBP12.6, which, contrary to PKA, promotes channel closure during diastole and thereby preventing the arrhythmias. My thesis aims to understand better the adrenergic regulation of ECC, and specifically of RyR₂ by two proteins at the centre of controversies: type I PKA and FKBP12.6. Using several animal models, my work has highlighted: 1/ a significant role, unknown to date in the adult heart, of type I PKA in the regulation of RyR₂ and the heart contractile function; 2/ that the moderate overexpression (≈12-fold) of FKBP12.6 promotes the synchronization of the RyR₂ opening and closing in basal conditions and after β-adrenergic stimulation, which is accompanied by blunting of triggered arrhythmias induced by sympathetic stress; 3/ that in the context of a familial mutation of RyR₂ (RyR₂R420Q) associated with ventricular tachycardias (CPVT) triggered by emotional or physical stress, the moderate overexpression of FKBP12.6 decreases the opening of mutated RyR₂ during diastole and proarrhythmogenic events; 4 / that, in contrast, a high overexpression of FKBP12.6 (≈38-fold) induces deleterious effects with the development of cardiomyopathy associated with spontaneous arrhythmias responsible for sudden death. Taken together, these results support our hypothesis that FKBP12.6 has antiarrhythmic properties and is a potential therapeutic target in the treatment of arrhythmias triggered by sympathetic stress

Dual effect of cardiac FKBP12.6 overexpression on excitation-contraction coupling and the incidence of ventricular arrhythmia depending on its expression level

International audienc

HIV-Tat induces a decrease in I Kr and I Ks via reduction in phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate availability

International audiencePatients with HIV present with a higher prevalence of QT prolongation, of which molecularbases are still not clear. Among HIV proteins, Tat serves as a transactivator that stimulatesviral genes expression and is required for efficient HIV replication. Tat is actively secretedinto the blood by infected T-cells and affects organs such as the heart. Tat has been shown toalter cardiac repolarization in animal models but how this is mediated and whether this is alsothe case in human cells is unknown. In the present study, we show that Tat transfection inheterologous expression systems led to a decrease in hERG (underlying cardiac IKr) andhuman KCNE1-KCNQ1 (underlying cardiac IKs) currents and to an acceleration of theirdeactivation. This is consistent with a decrease in available phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate (PIP2). A mutant Tat, unable to bind PIP2, did not reproduce the observedeffects. In addition, WT-Tat had no effect on a mutant KCNQ1 which is PIP2-insensitive,further confirming the hypothesis. Twenty four-hour incubation of human induced pluripotentstem cells-derived cardiomyocytes with Wild-type Tat reduced IKr and accelerated itsdeactivation. Concordantly, this Tat incubation led to a prolongation of the action potential(AP) duration. Events of AP alternans were also recorded in the presence of Tat, and wereexacerbated at a low pacing cycle length. Altogether, these data obtained on human K+channels both in heterologous expression systems and in human cardiomyocytes stronglysuggest that Tat sequesters PIP2, leading to a reduction of IKr and IKs, and provide a molecularmechanism for QT prolongation in HIV-infected patients.Ke