Principaux mécanismes moléculaire de l’hypertrophie physiologique du cardiomyocyte

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Les artères de conductance

Les artères de conductance constituent les gros troncs du système circulatoire. Elles assurent l’amortissement de la pulsatilité du flux à l’éjection du cœur et une fonction de conduction du sang vers les organes cible. La média est constituée de lames élastiques qui leur confèrent une compliance. Les artères de conductance transforment cette pression pulsatile au niveau de l’aorte en une pression continue au niveau artériolaire, ce qui permet la réduction des dépenses énergétiques de la perfusion des organes cibles.

Les artères de résistances

En aval des artères de conductance, le système circulatoire se ramifie en artères de plus petits calibres ou artères de résistance, de diamètre de 300 à 100 µm (Mulvany and Aalkjaer 1990). Contrairement aux artères de conductance, les artères de résistance possèdent peu de fibres élastiques, mais un grand nombre de CMLV qui leur permettent d’adapter le diamètre de l’artère aux conditions environnementales. Elles régulent la distribution du sang vers les différents organes et interviennent dans de nombreuses pathologies. Comme leur nom l’indique, les artères de résistance assurent le contrôle du débit sanguin via leur capacité de résistance. Plusieurs facteurs participent au contrôle du débit sanguin (Bohlen 1986). L’activité métabolique (PO2, PCO2, pH, monoxyde d’azote, endothéline-1…) exerce une action directe sur le tonus vasculaire (Kittle et al. 1965; Ignarro et al. 1987; Broten and Feigl 1992). Les facteurs mécaniques entrainent des réponses variées. En effet, la pression induit une contraction des CMLV et augmentent ainsi le tonus myogénique. A l’inverse, le débit génère des forces de cisaillement aboutissant à une vasodilatation via la libération de molécules relaxantes par les cellules endothéliales. Le tonus myogénique et la dilatation débit-dépendante déterminent un tonus de base donnant aux artères de résistance la capacité de se dilater ou de se contracter selon les besoins métaboliques. Enfin, la régulation entre les différents territoires vasculaires est contrôlée par l’innervation principalement sympathique.

Le cas de la circulation coronaire

La circulation coronaire diffère des autres circulations dans la mesure où elle irrigue un organe en perpétuelle activité. L’activité contractile du cœur interfère avec sa perfusion du fait d’une compression des artères coronaires en systole, ce qui limite fortement le flux sanguin durant cette phase. Pour palier à cette contrainte, l’extraction de l’oxygène par le myocarde est presque maximale au repos. Ainsi, lorsqu’une demande en oxygène augmente, par exemple lors d’un exercice physique ou d’un stress, le cœur a comme seul moyen d’augmenter le débit coronaire pour répondre à ses besoins. La circulation coronaire possède ainsi un système d’autorégulation capable d’adapter les apports aux besoins en oxygène du cœur (Johnson 1986; Dole 1987).
Cette autorégulation intrinsèque permet au cœur de normaliser très rapidement son débit lorsque la pression de perfusion varie pour une demande en oxygène constante. L’autorégulation est indépendante des systèmes nerveux et humoraux. Il fait intervenir le contrôle du tonus myogénique des vaisseaux de résistance via la production endothéliale de NO. En présence d’une sténose sévère, les capacités d’autorégulation sont limitées et la perfusion du myocarde est rapidement compromise. Il en résulte une ischémie pouvant conduire à un infarctus, d’autant plus que les vaisseaux collatéraux ne participent pas à l’autorégulation.
La « réserve coronaire » repose sur ce processus d’autorégulation, puisqu’elle définit la capacité maximale du débit coronaire à s’élever au-dessus de la valeur de base à travail et pression constants. Elle représente le rapport entre la valeur maximale du débit coronaire mesurée après injection d’un vasodilatateur artériolaire (adénosine par exemple) et le débit coronaire basal. Elle témoigne ainsi de l’intégrité de la circulation artériolaire et capillaire. Une baisse de la réserve coronaire traduit un déséquilibre du rapport apport/demande en oxygène qui peut être dû à une réduction du débit coronaire maximal (sténose, élévation des pressions intracardiaques, HTA…) ou une augmentation du débit coronaire de base (hypertrophie ventriculaire gauche, anémie…) (Artigou et al. 2007).

Les autres voies de l’angiogenèse

D’autres facteurs sont impliqués dans l’angiogenèse tels que le FGF-2 (Fibroblast Growth Factor 2), un agent mitogène des cellules endothéliales, des CMLV et des fibroblastes. Il favoriserait la formation d’un réseau capillaire in vitro par les cellules endothéliales en présence du VEGFR1 (Kanda et al. 2004) suggérant une interaction entre ces deux voies. Par ailleurs, le PDGF et le TGF-β permettent le recrutement de péricytes et favorisent ainsi la maturation et la stabilisation du capillaire nouvellement formé (Sato et al. 1990; Betsholtz 2004). L’angiogenèse physiologique dépend de l’équilibre complexe entre des facteurs angiogéniques (le VEGF, FGF2, TGF-β et les angiopoïétines) et des facteurs anti-angiogéniques (angiostatine, endostatine, thrombospondines).

Les différents types de remodelage

Remodelage externe hypertrophique

Le remodelage vasculaire externe, ou « outward », est caractérisé par l’augmentation du diamètre de la lumière et des modifications des protéines de la matrice extra-cellulaire (MEC). Ces modifications sont la conséquence de l’activation de la NO synthase endothéliale (eNOS) et de la matrice métalloprotéinase-9 (MMP-9), mais aussi de l’hypertrophie de la média (Schiffrin 2004; Dumont et al. 2007). Ce remodelage peut être physiologique en réponse à une surcharge de débit (induction lors de croissance, de la grossesse ou un exercice physique) (Mandala and Osol 2012; Vessieres et al. 2012), mais aussi pathologique (surcharge de volume (fistule artérioveineuse) ou encore anévrysme artériel). Lors d’un exercice physique par exemple, la demande métabolique tissulaire augmente. La libération locale de vasodilateurs augmente le diamètre artériolaire, ce qui réduit les résistances périphériques et augmente le débit sanguin. La libération d’agents vasodilatateurs dérivés de l’endothélium tels que le NO, les prostacyclines, la bradykinine ou le facteur hyperpolarisant dérivé de l’endothélium (EDHF), est induite par l’augmentation des contraintes de cisaillement secondaire à l’élévation du débit (Hilgers et al. 2003) (Huang et al. 2001). L’augmentation de la pression transpariétale, secondaire à la dilatation, active l’expression d’oncogènes, la production de facteurs de croissance et donc l’hypertrophie/hyperplasie des CMLV de la média (Berk 2001).

Remodelage interne hypertrophique ou eutrophique

A l’inverse, le remodelage vasculaire interne, induit lors d’une HTA notamment, est défini par une diminution du diamètre luminal. Cette réduction de la lumière peut résulter d’un épaississement pariétal (hypertrophie) ou d’un réarrangement des cellules murales (eutrophique). L’épaississement de la média est associé à la prolifération et/ou l’hypertrophie des CMLV, ainsi qu’une synthèse accrue de la MEC (Touyz et al. 2001). Les vaisseaux, présentant un remodelage vasculaire eutrophique, sont caractérisés par une diminution du diamètre luminal et une augmentation du rapport média/lumière sans augmentation du nombre de cellules (Schiffrin 2004). Ce remodelage varie selon le lit vasculaire : l’hyperplasie des CMLV est prédominante dans les petites artères de rats hypertendus, alors que l’hypertrophie se retrouve dans les artères de plus gros calibre (Lee et al. 1983; Mulvany et al. 1985). Chez le rat hypertendu, le remodelage eutrophique est associé à l’activation du système rénine-angiotensine-aldostérone (Brassard et al. 2005), alors que la voie endothéline induit un remodelage hypertrophique (Schiffrin 2001). Les mécanismes impliqués dans le remodelage interne eutrophique sont encore peu connus. Cependant, une croissance interne accompagnée d’une apoptose périphérique, ou une vasoconstriction associée à une expansion de la MEC (Bakker et al. 2002) sont parmi les hypothèses.
L’inflammation a également été montrée comme un élément conduisant au remodelage vasculaire (Intengan and Schiffrin 2001) via l’infiltration de cellules inflammatoires, la surexpression de médiateurs inflammatoires tels que Vascular Cellular Adhesion Molecule 1 (VCAM1), Intercellular Adhesion Molecule 1 (ICAM1), Nuclear Factor (NF)-kB, Nonocyte Chemoacttractant Protein 1 (MCP1), plasminogen activator inhibitor 1 et l’augmentation du stress oxydant. L’infiltration des cellules immunitaires entraine la production excessive d’anion superoxyde et l’expression d’Ang II. Ces derniers contribuent au stress oxydant et à l’HTA (Nava et al. 2003; Rodriguez-Iturbe et al. 2003). Enfin, l’inflammation favorise le développement de la fibrose et, de ce fait, contribue au remodelage vasculaire délétère en diminuant la biodisponibilité de l’oxygène (Kai et al. 2006). La dysfonction endothéliale est un processus clé du remodelage artériel interne. Elle correspond à l’altération des réponses vasodilatatrices. Elle se caractérise par une réduction de la production ou de la biodisponibilité du NO et une activation de l’agrégation plaquettaire (Boulanger 1999; Raij 2006). En présence de stimuli biochimiques (bradykinine, acétylcholine) ou mécaniques (contrainte de cisaillement), l’expression de la eNOS augmente ainsi que la production de NO. Cependant, la production des espèces radicalaires de l’oxygène (ROS) par les cellules endothéliales, et spécifiquement de l’anion superoxyde, augmente en cas d’HTA. Or les ROS sont de puissants inhibiteurs des voies vasodilatatrices endothélium-dépendantes : le NO, la prostacycline et l’EDHF (Kojda and Harrison 1999; Feletou and Vanhoutte 2004; Aubin et al. 2006). La dysfonction endothéliale est associée à plusieurs facteurs de risque cardiovasculaire (HTA, diabète, vieillissement, hypercholestérolémie, obésité) (Feletou and Vanhoutte 2006; Munzel et al. 2008; Lee et al. 2016; Selthofer-Relatic et al. 2016). La dysfonction endothéliale est présente au niveau de l’aorte et des artères de résistances chez les patients et les rats hypertendus (Feletou and Vanhoutte 2006).

Remodelage vasculaire et HTA

Le remodelage des petites artères serait l’une des premières manifestations dans la physiopathologie de l’HTA. En effet, dans une étude menée par Park et al. sur des patients présentant une HTA de stade I, 100% des patients montraient un remodelage des petites artères, alors que seulement 60% avaient une dysfonction endothéliale et 45% une hypertrophie ventriculaire (Park and Schiffrin 2001). Or, la réduction du rapport media/lumière, secondaire au remodelage vasculaire et à la dysfonction endothéliale, est responsable d’une augmentation des résistances périphériques et d’une élévation de la pression artérielle. Ils participent ainsi au développement de l’HTA (Schiffrin 2004).

Hypertrophie cardiaque, un phénomène compensatoire

Comme les vaisseaux, le cœur répond aux changements hémodynamiques en subissant un remodelage. Ce remodelage implique une hypertrophie de la paroi cardiaque d’abord adapté, car il diminue le stress pariétal. Toutefois, dans une situation pathologique, la croissance hypertrophique devient mal-adaptée, car elle évolue progressivement vers une dysfonction contractile et l’insuffisance cardiaque (Swynghedauw 1990). Les mécanismes responsables de la transition de l’hypertrophie adaptée à l’hypertrophie mal-adaptée ne sont pas encore tous définis (Schiattarella and Hill 2015).

L’hypertrophie physiologique

L’hypertrophie dite « physiologique » survient lors de la croissance, de la grossesse, ou en réponse à un exercice physique prolongé. Elle se caractérise par une fonction contractile normale associée avec une organisation normale de la structure cardiaque (Weeks and McMullen 2011). Elle est transitoire i.e. disparaît en absence de ses stimuli.
Chez l’adulte, l’hypertrophie cardiaque physiologique est modérée, de l’ordre de 10 à 20 % (Schannwell et al. 2002). Lors de la grossesse, elle intervient principalement au cours du troisième semestre et est associée avec une augmentation du volume circulant et du débit cardiaque requis pour la mère et le développement du fœtus (Eghbali et al. 2006). Après la naissance, la croissance du cœur est plus importante. Elle augmente d’au moins deux fois sa masse entre la naissance à l’âge adulte résultant d’une augmentation du diamètre et de la longueur des cardiomyocytes (Janz et al. 2000; Hew and Keller 2003), mais aussi du nombre de myocytes (pendant la première semaine post-natale). L’hypertrophie cardiaque physiologique, induite par la grossesse ou un exercice, est un processus parfaitement réversible. Ainsi, l’hypertrophie du ventricule gauche disparait 8 semaines après l’accouchement (Eghbali, Wang et al. 2006). De même chez l’athlète de haut niveau, la masse myocardique régresse dans les semaines qui suivent la fin d’un programme d’entrainement intensif (Maron et al. 1993).

Principaux mécanismes moléculaire de l’hypertrophie physiologique du cardiomyocyte

L’hypertrophie physiologique est contrôlée par de multiples facteurs (Figure 4).
Les hormones thyroïdiennes, telles que la triiodothyrosine (T3), augmentent après la naissance et ont un rôle important au cours du développement. En effet, elles régulent la taille et la maturation cardiomyocytes (binucléation), ainsi que l’expression des isoformes de la chaine lourde de la myosine (Lompre et al. 1984) et de sarcoplasmic/endoplasmic reticulum calcium ATPase 2 (SERCA2) (Carr and Kranias 2002). Un autre facteur majeur de l’hypertrophie cardiaque physiologique est le ligand Insulin like growth factor 1 (IGF1). Principalement sécrété par le foie en réponse à l’hormone de croissance (GH), IGF1 peut également être produit par les tissus cibles et agir directement de manière autocrine ou paracrine en stimulant la voie pro-hypertrophique PI3K-AKT-mTOR (Kenessey and Ojamaa 2006). IGF1 a été montré essentiel pour la croissance post-natale (Baker et al. 1993) et est induit de façon transitoire suite à un entrainement physique (Neri Serneri et al. 2001).

Autres déterminants l’hypertrophie physiologique

Outre l’activation des voies d’hypertrophie du cardiomyocyte, l’hypertrophie cardiaque physiologique se caractérise également par une angiogenèse en adéquation avec l’augmentation de la taille des cardiomyocytes et de leurs besoins énergétiques. Ainsi, lors d’un exercice physique, l’augmentation de la capacité du flux sanguin coronaire, du diamètre des artères coronaires et du nombre de capillaires par cardiomyocyte permet une croissance adéquate (Heiss et al. 1976; Pelliccia et al. 1990; Laughlin et al. 2012). Cette réponse angiogénique est médiée par la voie du VEGF notamment (Oka et al. 2014). Lorsque les stimuli hypertrophiques s’arrêtent, à l’exemple du post-partum, le système vasculaire et les cardiomyocytes reviennent à leur état initial (Umar et al. 2012). Cette situation se caractérise par une signalisation anti-angiogénique impliquant l’activation de voie du VEGFR1 (Zhou et al. 2009), ainsi que l’induction de sa forme soluble, sVEGFR1 (Damp et al. 2016; Khan et al. 2016), permettant la régression du système vasculaire.
Il est important de noter que, contrairement à l’hypertrophie pathologique, l’hypertrophie physiologique n’est pas associée au développement de fibrose périvasculaire et interstitielle (Bernardo et al. 2010). L’expression du Collagène I demeure faible dans les cœurs de rats entrainés (Burgess et al. 1996), ainsi que l’α-actine de muscle lisse, un marqueur de l’activation des myofibroblastes (Jin et al. 2000).

L’hypertrophie pathologique

Hypertrophie concentrique versus hypertrophie excentrique

En réponse à une HTA, une lésion myocardique ou une activation neurohormonale excessive, l’hypertrophie cardiaque est décrite comme une « hypertrophie pathologique » (Hill and Olson 2008). Il en existe 2 types: 1- concentrique avec l’addition de sarcomères/myofibrilles en parallèle augmentant ainsi l’épaisseur des myocytes, et 2-excentrique, due à l’ajout en série de sarcomères provoquant l’allongement du myocyte (Figure 5). L’hypertrophie concentrique est observée à la suite d’une HTA ou d’une sténose aortique. Elle se caractérise par l’augmentation de l’épaisseur des parois ventriculaires, alors que le volume de la chambre n’est pas affecté. L’hypertrophie est proportionnelle à l’augmentation de la pression systolique intraventriculaire. Lorsque le stress pariétal est normalisé (application de la loi de Laplace), il existe une demande cardiaque en oxygène plus importante en raison de l’augmentation de la masse. A l’inverse, la surcharge de volume, provoquée par une insuffisance aortique ou mitrale, entraîne une hypertrophie excentrique par dilatation de la chambre ventriculaire avec peu ou aucun effet sur l’épaisseur de paroi.
A long terme, la sténose aortique prolongée conduit à une élévation de la pression télé-systolique et une dilatation du ventricule gauche, ce qui suggère que l’hypertrophie concentrique peut finalement dégénérer en un mode excentrique et conduire à l’insuffisance cardiaque (Opie et al. 2006). Ainsi, l’hypertrophie initiale est perçue comme un mécanisme compensatoire qui pourrait être bénéfique dans un premier temps. Comme l’hypertrophie ventriculaire est connue pour être un facteur de risque cardiovasculaire (insuffisance cardiaque, arythmies) (Levy et al. 1990; Koren et al. 1991), de nombreuses études cliniques ou fondamentales proposent l’inhibition de l’hypertrophie ventriculaire comme une stratégie thérapeutique de prévention de l’insuffisance cardiaque (Frey et al. 2004; van Berlo et al. 2013). Ce concept est aujourd’hui encore controversé (Crozatier and Ventura-Clapier 2015).

L’inflammation et le stress oxydant

L’inflammation a un rôle physiopathologique important dans les complications de nombreux processus comme l’HTA et les maladies d’ordre vasculaire (Brasier et al. 2002; Nagai et al. 2011). Au cours de l’inflammation, les macrophages activés sécrètent des cytokines telles que le facteur de nécrose tumorale (TNFα), l’Interleukine-1ß et l’Interleukine-6. Le niveau d’expression de ces cytokines est corrélé à la sévérité de l’insuffisance cardiaque (Rosenkranz et al. 2002). Par ailleurs, la délétion de ces cytokines prévient l’hypertrophie cardiaque, la fibrose et l’inflammation induite par l’Ang II (Kubota et al. 1997; Honsho et al. 2009; Ma et al. 2012). L’inflammation contribue à la production des ROS et à l’épuisement des agents antioxydants, favorisant ainsi la balance vers le stress oxydant. Or, comme déjà décrit, ce dernier joue un rôle dans la dysfonction endothéliale et le remodelage vasculaire, et contribue aux effets délétères liés à l’HTA (Vaziri 2008; Munzel et al. 2015). En retour, le stress oxydant favorise l’inflammation en activant le NF-kappa B qui déclenche la sécrétion de diverses cytokines pro-inflammatoires, chémokines et molécules d’adhésion (Rodriguez-Iturbe et al. 2004). L’inflammation, médiée par les macrophages, intervient également dans le processus de fibrose (Figure 7). En effet, une fois activés, les macrophages peuvent sécréter des molécules pro-inflammatoires telles que l’ostéopontine et la galectine-3 qui favorisent en retour la production de collagène par les fibroblastes (Sharma et al. 2004; Zhang et al. 2008).

La cascade de signalisation de Notch

La voie de signalisation de Notch repose sur le contact direct du ligand avec son récepteur, tous deux transmembranaires, permettant les échanges de signaux entre deux cellules voisines (une cellule émettrice et une cellule réceptrice, Figure 10). L’activation de Notch est caractérisée par une succession de clivages protéolytiques. Le premier est catalysé par une métalloprotéinase de la famille ADAM/TACE/Kuzbanian (clivage S2) qui libère le NECD de la membrane plasmique (Brou et al. 2000). Alors que le fragment extracellulaire lié au ligand est internalisé par la cellule émettrice, les segments transmembranaires et intracellulaires subissent 2 étapes de clivages dans le domaine transmembranaire (clivages S3 et S4). Ces clivages, médiés par le complexe γ-sécrétase comprenant les Présénilline1-2, Pen-2, Aph-1 et Nicastrine (De Strooper et al. 1999; Struhl and Greenwald 2001; Francis et al. 2002; Hu et al. 2002), libèrent le NICD dans le cytosol. Grâce à ses 2 séquences signales de localisation nucléaire, le NICD est transloqué au noyau où il forme un complexe avec le facteur de transcription CSL (CBF1/Su(H)/Lag-1 ou RBPJk chez les mammifères) et le co- activateur Mastermind. En absence de NCID, CSL forme des complexes avec une multitude de corépresseurs qui inhibent la transcription des gènes cibles de Notch à l’état basal (Bray 2006; Kopan and Ilagan 2009).

Rôle de la voie Notch dans le système cardiovasculaire

Notch et le développement cardiovasculaire

La voie de signalisation Notch a un rôle important lors du développement cardiaque. Notch1 et Notch2 sont les formes prédominantes dans le cœur en développement, alors que Notch3 est limité aux cellules musculaires lisses et Notch4 aux cellules endothéliales vasculaires (Swiatek et al. 1994; McCright et al. 2001). L’invalidation de la voie Notch, via la délétion de RBPJκ, n’entraine pas d’anomalies de développement jusqu’au stade de tube cardiaque primitif indiquant que cette voie de signalisation n’est pas nécessaire dans la spécification du lignage cardiaque (Souilhol et al. 2006). En revanche, les expressions de Notch1, Notch2 et Delta-Like1 ont été montrées requises pour la détermination de la latéralisation gauche-droite du cœur. Notch agit également sur la morphogenèse des coronaires, notamment au niveau de l’épicarde embryonnaire. En effet, l’activité de Notch apparaît nécessaire à la maturation de la paroi vasculaire lors du développement des coronaires (del Monte et al. 2011). La voie de signalisation Notch est aussi requise pour la différenciation artério-veineuse (Lawson et al. 2001) et participe à la spécification des cellules endothéliales en cellules endothéliales artérielles ou veineuses (Fischer, Schumacher et al. 2004; Krebs et al. 2004).
Des mutations gain ou perte de fonction de composants de la voie Notch ont été identifiées comme étant responsables de malformations cardiaques (Table 2). Ainsi, des mutations de Notch1 sont à l’origine de malformations du type bicuspidie valvulaire aortique ou calcifications de valve aortique liées à un défaut de transition épithélial-mésenchymateuse (Sciacca et al. 2013) Par ailleurs, des mutations de Notch2, Jagged1, ou HEY2 sont associées au syndrome d’Alagille, une maladie génétique autosomale dominante affectant différents organes dont le cœur. Les anomalies cardiaques incluent des défauts de septum ventriculaire et une hypertrophie droite conséquence d’une sténose des artères pulmonaires périphériques. (Kamath et al. 2012).

Notch et le système vasculaire

Alors que le rôle des récepteurs Notch et des ligands dans le développement du système vasculaire est bien établi (Rizzo et al. 2013), leurs implications dans les processus de vascularisation après la naissance sont moins connus.
Notch1, 2 et 4 ainsi que Delta-like 1,4 et Jagged 1,2 moduleraient l’angiogenèse après la naissance et sont exprimés dans l’endothélium au stade adulte (Rizzo, Miele et al. 2013). La voie Delta-like-4/Notch1 contrôle l’angiogenèse, induite par le VEGFA, en limitant le nombre d’embranchements formés par les cellules endothéliales. En diminuant l’expression du récepteur du VEGFA, le VEGFR2, la voie Delta-like 4/Notch1 contrôle ainsi, au cours de l’angiogenèse, la proportion de « tip cells » (cellules endothéliales responsables de la formation du nouveau vaisseau) et de « stalk cells » (cellules endothéliales formant la lumière du vaisseau) (Dufraine et al. 2008). De même, une stimulation de Jagged-1 module la transition endothélio-mésenchymateuse (Noseda et al. 2004). Par ailleurs, la voie Notch, au niveau des cellules endothéliales, aurait un rôle important dans la protection contre la mort cellulaire induite par l’inflammation, les changements hémodynamiques ou l’ischémie.
La signalisation Notch intervient également dans la régulation des CMLV. Notch1 et Notch3 sont les récepteurs clé de la différenciation des CMLV (Sweeney et al. 2004) en contrôlant l’expression génique des protéines contractiles (α-actine de muscle lisse (ACTA2), calponine, chaine lourde de la myosine de muscle lisse et smootheline) (Proweller et al. 2005; Morrow et al. 2008). Cependant, des données contradictoires sont rapportées concernant l’activité inhibitrice ou activatrice de ce processus. HEY1 et HEY2 agissent comme répresseurs de l’expression d’ACTA2 in vitro (Tang et al. 2008), alors que le promoteur d’ACTA2 qui est une cible directe de Notch/RBPJκ, est contrôlé positivement par l’activation de Notch dans les CMLV (Noseda, Fu et al. 2006). Il est proposé que l’activation de la voie Notch et de ses effecteurs contrôle finement le phénotype des CMLV puisque HES/HEY agissent par rétrocontrôle négatif pour limiter l’expression des cibles directes de Notch. Par ailleurs, Notch régule positivement la survie et la prolifération des CMLV (Sweeney, Morrow et al. 2004).

Notch3, rôles physiologiques et pathologiques

Localisé sur le chromosome 19 chez l’Homme et 17 chez la souris, le gène Notch3 est principalement transcrit dans les CMLV artérielles et les péricytes (Villa et al. 2001; Krebs et al. 2003). De nombreuses études ont porté sur le rôle de Notch3 dans la l’homéostasie des CMLV (différenciation, prolifération, migration et survie cellulaire). Cependant, nombres d’entre elles ont été réalisées in vitro à l’aide de lignées cellulaires de CMLV. Or, il est connu que les effets de la voie Notch peuvent être très différents selon le type cellulaire et son micro-environnement (Morrow, Guha et al. 2008). Une hypothèse est que cet aspect « multifacette » de la voie Notch expliquerait les divergences de résultats concernant le rôle de Notch3 dans les phénomènes décrits ci-après.

Table des matières

I. Introduction
1. Le réseau vasculaire
1.1. La circulation pulmonaire
1.2. La circulation systémique
1.3. Structure du système vasculaire
1.3.1. La paroi des vaisseaux
1.3.2. L’intima
1.3.3. La média
1.3.4. L’adventice
1.4. Les différents types d’artères
1.4.1. Les artères de conductance
1.4.2. Les artères de résistances
1.4.3. Le cas de la circulation coronaire
1.5. La microcirculation
1.5.1. La densité capillaire
1.5.2. L’angiogenèse
1.5.2.1. La voie du VEGF
1.5.2.2. Les autres voies de l’angiogenèse
1.6. Le remodelage vasculaire
1.6.1. Définition
1.6.2. Les différents types de remodelage
1.6.2.1. Remodelage externe hypertrophique
1.6.2.2. Remodelage interne hypertrophique ou eutrophique
1.6.2.3. Remodelage vasculaire et HTA
2. Le remodelage cardiaque
2.1. Hypertrophie cardiaque, un phénomène compensatoire
2.2. L’hypertrophie physiologique
2.2.1. Principaux mécanismes moléculaire de l’hypertrophie physiologique du cardiomyocyte
2.2.2. Autres déterminants l’hypertrophie physiologique
2.3. L’hypertrophie pathologique
2.3.1. Hypertrophie concentrique versus hypertrophie excentrique
2.3.2. Les intervenants de l’hypertrophie cardiaque pathologique
2.3.2.1. Principaux mécanismes moléculaires de l’hypertrophie pathologiques du cardiomyocyte
2.3.2.2. La fibrose
2.3.2.3. L’inflammation et le stress oxydant
3. La voie de signalisation Notch
3.1. Généralités
3.1.1. Les ligands
3.1.2. Les effecteurs
3.1.3. Les récepteurs
3.1.4. La cascade de signalisation de Notch
3.2. Rôle de la voie Notch dans le système cardiovasculaire
3.2.1. Notch et le développement cardiovasculaire
3.2.2. Notch et le coeur au stade post-natal
3.2.3. Notch et le système vasculaire
3.3. Notch3, rôles physiologiques et pathologiques
3.3.1. Rôle de Notch3 dans la physiologie des CMLV
3.3.1.1. Notch3 et le phénotype des CMLV
3.3.1.2. Notch3 et la prolifération, migration et survie des CMLV
3.3.2. Implication de Notch3 en pathologie humaine
3.3.2.1. Notch3 et CADASIL
3.3.2.2. Notch3 et hypertension artérielle pulmonaire
4. Objectifs
II. Matériels & Méthodes
1. Modèles animaux
1.1. Souris Notch3 KO (Notch3-/-)
1.2. Oligonucléotides antisens Notch3
1.3. Souris avec invalidation inductible de RBPJκ dans les CML
1.4. Souris reportrices de l’activité recombinase de la CRE dans les CMLV
2. Modèles d’hypertrophie cardiaque
2.1. Hypertension artérielle par infusion d’Angiotensine II
2.2. Surcharge de débit induite par un entraînement physique
2.3. Surcharge de débit induite par la gestation
3. Evaluations fonctionnelles
3.1. Mesure de la pression artérielle
3.2. Echocardiographie
4. Mise à mort des souris et prélèvement des organes
5. Analyses quantitatives et qualitatives
5.1. Extraction des ARN totaux et réverse transcription
5.2. RT-PCR quantitatives
6. Histologie
6.1. Marquages fluorescents
6.2. Estimation de la fibrose par coloration au rouge Sirius
6.3. Localisation de l’activité de la CRE par marquage à la ß-Galactosidase et coloration hématoxyline-éosine.
7. Quantification protéique par western blot
7.1. Extractions protéiques
7.2. Western Blot
8. Analyses statistiques
III. Résultats
1. Chapitre 1: L’invalidation de la voie Notch3 dans les CMLV favorise l’insuffisance cardiaque en réponse à l’HTA
1.1. Introduction
1.2. Résultats et discussion
1.2.1. L’invalidation de la voie de Notch3 dans les CML induit une insuffisance cardiaque en réponse à l’HTA
1.2.2. L’invalidation de la voie de Notch3 dans les CML altère l’adaptation de la macro et de la microcirculation à l’HTA.
1.2.3. L’invalidation de la voie de Notch3 dans les CML conduit à un remodelage cardiaque délétère induit par l’HTA
1.2.4. La décompensation cardiaque secondaire l’invalidation de la voie Notch3 est associée avec une altération des voies angiogéniques.
1.3. Conclusions
1.4. Article original
2. Chapitre 2 : Effet de l’invalidation de Notch3 sur le remodelage cardiovasculaire induit par une surcharge de débit
2.1. Introduction
2.2. Résultats et discussion
2.2.1. Paramètres physiologiques des mâles et femelles Notch3-/-
2.2.2. Comparaison du phénotype cardiaque des souris femelles Notch3-/- par rapport aux mâle
2.2.3. Phénotype cardiaque des souris après une surcharge de débit
2.2.3.1. Explorations fonctionnelles
2.2.3.2. Production de ROS cardiaques
2.2.3.3. Analyses du compartiment microvasculaire
2.2.3.4. Analyses du compartiment microvasculaire
2.3. Conclusions
IV. Discussion
1. La voie de signalisation de Notch3 sur le système vasculaire
2. L’absence de la voie Notch3 impacte le coeur adulte
3. Notch3, implications respectives dans l’HTA et l’HTAP
4. Coeur Notch3-/- et réadaptation à l’effort ?
5. Notch3, effet cardiaque différentiel selon le genre?
6. Et au le plan clinique ?
V. Bibliographie

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