ystème cardiovasculaire - Recherche fondamentale

Dr Marissa Jaconi Genève		Dr Michel Pucéat Montpellier

La recherche dans le domaine des cellules souches est devenue un des principaux sujets scientifiques du début du 21e siècle. Un des nouveaux concepts thérapeutiques le plus excitant est l'idée selon laquelle on pourrait remplacer des cellules perdues dans le contexte de certaines maladies par des cellules dérivées de cellules souches générées in vitro. La compréhension des mécanismes qui régulent la différenciation cellulaire des cellules souches embryonnaires (ES) se trouve clairement au centre des préoccupations. Plus spécifiquement, la compréhension du mécanisme qui contrôle la cardiogenèse permettra d'induire de manière préférentielle la différenciation d'ES en cellules cardiaques convenant au traitement cellulaire d'un cœur malade.
Les cellules souches embryonnaires (ES) sont isolées à partir d'embryons pré-implantatoires au stade de blastocyte et ont la capacité de se différencier en presque tous types de cellules. La possibilité d'obtenir des cellules ES à partir de souris knock-out, dans lesquelles un gène spécifique a été inactivé, offre ainsi une plate-forme extraordinaire pour l'étude des gènes fondamentaux impliqués dans la cardiogenèse.
La différenciation in vitro de cellules ES nécessite normalement une étape initiale d'agrégation pour former des structures, appelées corps embryoïdes, qui se différencient en une grande variété de types de cellules spécialisées, incluant des cardiomyocytes se contractant spontanément. Ainsi, la différenciation d'ES murines en cellules cardiaques au sein des corps embryoïdes représente un système de culture hautement régulé dans lequel l'expression des gènes, l'architecture myofibrillaire et la fonction cellulaire sont contrôlées d'une manière analogue au développement cardiaque in vivo.
L'utilisation de ce modèle de différenciation in vitro nous a conduit à élucider la manière dont la concentration intracellulaire de calcium (Ca2+) régulait d'importants facteurs de transmission des signaux moléculaires/transcriptionnels contrôlant le développement cardiaque. Nous avons en particulier examiné le rôle des protéines qui contrôle le calcium, telles que la calréticuline, sur la différenciation des cardiomyocytes. En fait, la calréticuline est une protéine multifonctionnelle qui fixe le Ca2+ au sein des réservoirs intracellulaires (à savoir le réticulum endoplasmique) affectant ainsi de nombreuses fonctions cellulaires, y compris la régulation de l'homéostasie du Ca2+ intracellulaire. Après l'activation cellulaire, le Ca2+ est libéré des réservoirs dans le cytoplasme et cette augmentation de Ca2+ régule à son tour plusieurs fonctions cellulaires, telles que l'activité des canaux ioniques, l'activation des protéines par phosphorylation et la transcription de gènes spécifiques.
Il a été montré précédemment que la calréticuline était essentielle au développement cardiaque puisque des souris chez lesquelles ce gène est insuffisant meurent avant la naissance en raison d'une altération du développement cardiaque. Pour comprendre le mécanisme moléculaire sous-jacent de cette anomalie chez des souris knock-out, nous avons étudié la différenciation in vitro des cellules ES déficientes en calréticuline en cellules cardiaques au sein des corps embryoïdes. Ces cellules étaient incapables de se contracter et ont montré un développement perturbé des myofibrilles, dû à une diminution de l'expression et de la phosphorylation de la chaîne légère 2 de la myosine ventriculaire, une protéine majeure de l'appareil contractile cardiaque. Nous avons pu reproduire un phonotype anormal similaire dans des cellules ES contenant de la calréticuline en éliminant le Ca2+ extracellulaire ou en inhibant chimiquement l'augmentation intracellulaire de Ca2+, mettant ainsi en évidence le rôle fondamental du Ca2+ dans les événements précoces de la différenciation cardiaque.
Nous avons pu sauver les cellules déficientes en calréticuline en induisant artificiellement une augmentation intracellulaire de Ca2+.Une telle augmentation du Ca2+ était essentielle à un stade très précoce pour permettre aux facteurs de transcription cardiaque d'entrer dans le noyau cellulaire et d'activer les gènes pour les protéines contractiles cardiaques, comme la chaîne légère 2 de la myosine ventriculaire. Une fois produite, cette protéine doit être phosphorylée par une enzyme Ca2+-dependante pour être correctement assemblée en fibres cardiaques matures. Cette phosphorylation était absente dans les cellules déficientes en calréticuline et pourrait être rétablie en imposant une augmentation précoce de Ca2+.
En résumé, notre travail démontre que la calréticuline et le Ca2+ intracellulaire régulateur de la transmission des signaux jouent un rôle déterminant en phase précoce de la différenciation cardiaque et jouent un rôle important en facilitant les processus transcriptionnels Ca2+-dependants au cours du développement cardiaque. Nous avons apporté la preuve directe du rôle fondamental du Ca2+ dans la cardiogenèse, un rôle qui n'était pas reconnu auparavant pour ce messager intracellulaire.

M. Jaconi, M. Pucéat, J. Li, K.-H. Krause, C. Perez-Terzic, A. Mery, M. Michalak, K. Nakamura
Calreticulin reveal a Ca2+ checkpoint in cardic myofibrillogenesis
J Cell Biol 2002, in press

Résumé du travail primé
La calréticuline et le calcium sont déterminants pour la cardiogenèse	8 Kb