Thèse Ria un Nouvel Acteur Clé de la Signalisation Bêta-Adrénergique et de l'Insuffisance Cardiaque H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Santé et médicaments École doctorale : Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué Laboratoire de recherche : Signalisation et physiopathologie cardiovasculaire Direction de la thèse : Grégoire VANDECASTEELE ORCID 0000000240464171 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-28T23:59:59 L'insuffisance cardiaque (IC) constitue un problème majeur de santé publique. Elle touche environ 64 millions de personnes dans le monde et sa prévalence est estimée entre 1 et 3% de la population adulte dans les pays industrialisés [1]. Quelle que soit son étiologie, l'IC est associée à une stimulation chronique du système nerveux sympathique et de la signalisation des récepteurs bêta-adrénergiques, mécanisme central de la progression de la défaillance cardiaque. De ce fait, les bêta-bloquants représentent une pierre angulaire du traitement de l'IC à fraction d'éjection réduite. Toutefois, malgré leur efficacité, les traitements actuels ne parviennent qu'à ralentir l'IC, et provoquent des effets indésirables qui limitent leur observance. Il apparait donc crucial de mieux comprendre la signalisation en aval des récepteurs bêta-adrénergiques afin d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques dans l'IC. Les récepteurs bêta-adrénergiques sont couplés à la cascade de l'AMPc, dont la cible principale est la protéine kinase AMPc-dépendante (PKA). La PKA phosphoryle les protéines clés du couplage excitation-contraction cardiaque ainsi que des enzymes du métabolisme et des facteurs de transcription. En absence d'AMPc, la PKA est un hétérotétramère composé de deux sous-unités régulatrices (R) et deux sous-unités catalytiques (C). Lorsque l'AMPc augmente, il se fixe sur les sous-unités R ce qui libère et active les sous-unités C. Le coeur exprime deux sous-types de PKA, la PKA de type I, définie par la présence de la sous-unité RIa, et la PKA de type II, définie par la présence des sous-unités RIIa ou RIIb. Autour des années 2000, plusieurs études ont montré que la PKA de type II était localisée aux sites clés du couplage excitation-contraction via des protéines d'ancrage (AKAPs), suggérant que ce sous-type contrôle la contraction du coeur en réponse à une stimulation bêta-adrénergique.[2-5] En revanche, la fonction de la PKA de type I est longtemps restée méconnue. Récemment, nous avons montré que l'expression de RIa est diminuée dans le coeur humain insuffisant, et que son invalidation spécifique dans les cardiomyocytes de souris augmente l'activité de la PKA et la contractilité du coeur dans les souris jeunes, mais conduit au développement d'une IC à fraction d'éjection réduite avec le vieillissement.[6] Ces résultats remettent en question le modèle actuel de la régulation bêta-adrénergique du coeur et suggèrent que la PKA de type I pourrait constituer une nouvelle cible thérapeutique dans l'IC. Dans ce contexte, ce projet poursuit trois objectifs principaux :
1/ Démontrer que la PKA de type I est l'acteur majeur de la stimulation bêta-adrénergique cardiaque.
2/ Tester si un défaut d'activation de la PKA de type I pourrait être bénéfique dans l'IC.
3/ Evaluer la pertinence translationnelle de la PKA de type I dans des cardiomyocytes dérivés de cellules iPS humaines.
Pour réaliser les objectifs 1 et 2, nous utiliserons un nouveau modèle murin portant une mutation ponctuelle de RIa (RIaB) qui empêche l'activation de la PKA de type I par l'AMPc [7]. Nous analyserons les effets d'une stimulation bêta-adrénergique aiguë sur la fonction cardiaque des souris RIaB, et sur le phosphoprotéome afin d'identifier de nouvelles cibles de la PKA de type I. Nous testerons si ces souris sont protégées de l'IC induite par un infarctus du myocarde. Concernant l'objectif 3, nous introduirons la mutation RIaB dans des cellules iPS que nous différentierons en cardiomyocytes humains pour évaluer son impact sur le couplage excitation-contraction et les effets pro-hypertrophiques et pro-apoptotiques des catécholamines. A terme, ces résultats pourraient ouvrir la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant spécifiquement la PKA de type I dans l'IC.
L'insuffisance cardiaque (IC) constitue un problème majeur de santé publique. Elle touche environ 64 millions de personnes dans le monde et sa prévalence est estimée entre 1 et 3% de la population adulte dans les pays industrialisés [1]. Quelle que soit son étiologie, l'IC est associée à une stimulation chronique du système nerveux sympathique et de la signalisation des récepteurs bêta-adrénergiques, mécanisme central de la progression de la défaillance cardiaque. De ce fait, les bêta-bloquants représentent une pierre angulaire du traitement de l'IC à fraction d'éjection réduite. Toutefois, malgré leur efficacité, les traitements actuels ne parviennent qu'à ralentir l'IC, et provoquent des effets indésirables qui limitent leur observance. Il apparait donc crucial de mieux comprendre la signalisation en aval des récepteurs bêta-adrénergiques afin d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques dans l'IC. Les récepteurs bêta-adrénergiques sont couplés à la cascade de l'AMPc, dont la cible principale est la protéine kinase AMPc-dépendante (PKA). La PKA phosphoryle les protéines clés du couplage excitation-contraction cardiaque ainsi que des enzymes du métabolisme et des facteurs de transcription. En l'absence d'AMPc, la PKA est un hétérotétramère composé de deux sous-unités régulatrices (R) et deux sous-unités catalytiques (C). Lorsque l'AMPc augmente, il se fixe sur les sous-unités R ce qui libère et active les sous-unités C. Le coeur exprime deux sous-types de PKA, la PKA de type I, définie par la présence de la sous-unité RIa, et la PKA de type II, définie par la présence des sous-unités RIIa ou RIIb. Autour des années 2000, plusieurs études ont montré que la PKA de type II était localisée aux sites clés du couplage excitation-contraction via des protéines d'ancrage (AKAPs), suggérant que ce sous-type contrôle la contraction cardiaque [2-5]. A l'inverse, la PKA de type I a été décrite comme largement cytosolique, et il n'existe que peu d'évidence qu'elle soit localisée à des structures spécifiques dans les cardiomyocytes.[8] Une étude suggère que la PKA de type I serait activée par l'AMPc produit par stimulation des récepteurs aux prostaglandines, tandis que la PKA de type II serait activée par l'AMPc généré par les récepteurs bêta-adrénergiques.[9] Ceci semble étayer l'idée selon laquelle la PKA de type II serait le médiateur pertinent de la stimulation bêta-adrénergique du coeur. Toutefois, les résultats de cette étude ont été obtenus dans des cardiomyocytes néonataux qui n'ont pas la maturité des cardiomyocytes adultes et les méthodes utilisées présentent des limites. Nos résultats récents montrant que le knockout (KO) de la sous-unité RIa dans les cardiomyocytes de souris adulte entraîne une activation constitutive de la PKA et une hyper-contractilité du coeur, associée à la phosphorylation des cibles majeures du couplage excitation-contraction, ainsi qu'à une augmentation du courant calcique de type L et des transitoires calciques, remettent en question ce modèle.[6] De plus, au cours du vieillissement, ces souris KO pour RIa développent une IC congestive responsable d'une mortalité de 50% à un an.[6] Ces travaux posent deux questions qui sont au centre de ce sujet de thèse : d'une part, quel est le rôle physiologique de la PKA de type I lors d'une stimulation bêta-adrénergique, chez la souris mais également chez l'homme ? Et d'autre part, l'inhibition de la PKA de type I peut-elle avoir des effets bénéfiques dans l'IC ? Cette dernière question est importante dans une perspective translationnelle car elle pourrait permettre l'élaboration de nouvelles thérapies ciblant la PKA de type I pour le traitement de l'IC. 1/ Démontrer que la PKA de type I est l'acteur majeur de la stimulation bêta-adrénergique cardiaque.
2/ Tester si un défaut d'activation de la PKA de type I pourrait être bénéfique dans l'IC.
3/ Evaluer la pertinence translationnelle de la PKA de type I dans des cardiomyocytes dérivés de cellules iPS humaines.
Objectif 1 : Démontrer que la PKA de type I est l'acteur majeur de la stimulation bêta-adrénergique cardiaque.
L'équipe a développé un nouveau modèle murin dans lequel la PKA de type I n'est plus activable par l'AMPc. Ces souris expriment de façon inductible et cardiomyocyte spécifique une protéine RIa mutée dans le site B de liaison à l'AMPc (RIaB) qui empêche la fixation de l'AMPc et bloque l'activation de la PKA de type I [7]. Des souris des deux sexes seront utilisées.
1.1 Etude de la régulation bêta-adrénergique de la fonction cardiaque
Les effets d'une stimulation bêta-adrénergique aiguë sur la fonction cardiaque de souris contrôles et mutées RIaB seront comparés in vivo par échocardiographie et ex vivo sur coeur isolé perfusé.
1.2 Etude des cardiomyocytes murins isolés
Les effets d'une stimulation bêta-adrénergique aiguë seront comparés dans des cardiomyocytes murins contrôles et mutés RIaB sur :
- Le couplage excitation-contraction (mesures simultanées du raccourcissement sarcomérique et des transitoires calciques) grâce au système Ionoptix.
- Les « sparks » et vagues calciques par microscopie confocale en collaboration avec l'équipe d'AM Gomez (UMR-S1180).
- Le courant calcique de type L, un acteur majeur du couplage excitation-contraction, par la technique de « patch clamp ».
- L'activité PKA, en utilisant une sonde FRET (AKAR3) [10]. Des sondes AKAR3 adressées à différents compartiments permettrons de déterminer s'il existe des différences d'activation de la PKA de type I au niveau subcellulaire.
- Le degré de phosphorylation des cibles de la PKA impliquées dans le couplage excitation-contraction (PLB, RyR2, TnI, MyBP-C) par western blot.
- Le phosphoprotéome, afin d'identifier de manière plus large les cibles de la PKA de type I dans les cardiomyocytes. Ces expériences seront réalisées par la plateforme Proteom'ic de l'institut Cochin en s'inspirant d'un protocole récemment publié [11].
Objectif 2 : Tester si un défaut d'activation de la PKA de type I pourrait être bénéfique dans l'IC.
Le modèle murin RIaB sera utilisé pour tester cette hypothèse. L'infarctus du myocarde représentant une cause majeure d'IC, l'étudiante utilisera un modèle de ligature permanente de l'artère coronaire antérieure gauche sur des souris contrôles et RIaB âgées de 10 à 14 semaines. Les opérations seront réalisées par un ingénieur de l'UMRS-1180 formé à la chirurgie. Un traitement bêta-bloquant sera administré aux souris contrôles afin de le comparer à l'effet de la mutation RIaB.
- L'échocardiographie permettra de suivre les paramètres de la fonction cardiaque post-infarctus, durant 4 semaines dans les souris contrôles et RIaB.
- La taille de l'infarctus et la fibrose seront déterminées par histologie sur des sections transversales marquées au rouge Sirius. Comme la PKA a été impliquée dans l'apoptose des cardiomyocytes [12], des marquages TUNEL seront effectués sur coeurs contrôles et RIaB post infarctus.
- L'ensemble des paramètres anatomiques sera collecté post-mortem en particulier le poids du coeur rapporté à la longueur du tibia pour évaluer le degré d'hypertrophie et le rapport poids frais/poids sec des poumons pour évaluer la congestion pulmonaire.
- L'expression de gènes marqueurs de l'IC (ANP, BNP, aMHC, bMHC...) sera mesurée.
- Dans l'IC, environ 50% des décès sont liés aux arythmies ventriculaires. La technique de cartographie optique permettra d'évaluer les perturbations de l'activité électrique et de l'homéostasie calcique sur coeurs isolés perfusés, chargés avec une sonde potentiométrique (RH 237) et une sonde calcique (Rhod 2).
Objectif 3 : Evaluer la pertinence translationnelle de la PKA de type I dans des cardiomyocytes dérivés de cellules iPS humaines
Dans une perspective translationnelle, la mutation RIaB sera introduite dans le gène PRKAR1A par édition génomique d'une lignée de cellules souches pluripotentes induites humaines, en collaboration avec l'institut de Pharmacologie et Toxicologie Expérimentale, UKE, Hambourg, Allemagne dirigé par le Prof. Thomas Eschenhagen. Ces cellules seront différenciées en cardiomyocytes selon des protocoles maitrisés au laboratoire [13]. L'étudiante évaluera l'impact d'un défaut d'activation de la PKA de type I dans la régulation bêta-adrénergique du couplage excitation-contraction en utilisant les mêmes approches mentionnées dans l'objectif 1, -1.2. Elle examinera aussi les effets d'une stimulation bêta-adrénergique chronique sur l'hypertrophie et l'apoptose comme indiqué dans l'objectif 2.

Projet réservé à Mme Léa Morin.