MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L’HYPERTROPHIE VENTRICULAIRE GAUCHE par G. CHOUKROUN*, T. FORCE** et R. HAJJAR*** L’hypertrophie ventriculaire gauche (HVG) représente un mécanisme d’adaptation du myocarde en réponse à des variations de la post-charge (HTA, sténose aortique), de la précharge (insuffisance mitrale ou aortique) ou au cours du remodelage pariétal qui survient dans l’évolution d’une cardiopathie ischémique [1, 2]. Les maladies cardiovasculaires représentent toujours la première cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés [3], y compris chez les patients en insuffisance rénale chronique (IRC) [4], et l’HVG, en dehors de toute insuffisance cardiaque, est un facteur de risque indépendant de mortalité cardiovasculaire, en particulier du fait de troubles du rythme ventriculaire paroxystique qu’elle favorise [5, 6]. Au cours de l’HTA, l’HVG multiplie le risque d’apparition d’une insuffisance coronarienne, d’accident vasculaire cérébral et d’insuffisance cardiaque congestive indépendamment du niveau de pression artérielle [7, 8]. Au contraire, la correction de l’HVG permet de réduire la mortalité cardiovasculaire [9, 10]. L’HVG est présente chez plus de 75 p. 100 des patients en insuffisance rénale terminale et constitue un facteur de risque de mortalité et de morbidité cardiovasculaire important chez ces patients, et ceci de façon indépendante d’autres facteurs de risque, comme l’âge, l’HTA, le diabète, les dyslipidémies et le tabagisme [11]. Sur le plan anatomique l’hypertrophie cardiaque est définie par une augmentation de la masse totale du cœur, relative à la surface corporelle. Au niveau histologique, elle est caractérisée par une augmentation de la taille des myocytes, sans prolifération (sans hyperplasie). Cependant, certaines autres cellules présentes dans le myocarde, en particulier les cellules endothéliales des vaisseaux coronariens et * Service de Néphrologie, Hôpital sud, CHU Amiens, France ; ** Molecular Cardiology Research Institute, New England Medical Center and Tuft University, Boston MA, États-Unis ; *** Cardiovascular Research Center and Transplant Unit, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, Boston, MA, États-Unis. FLAMMARION MÉDECINE-SCIENCES — ACTUALITÉS NÉPHROLOGIQUES 2002 MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L’HYPERTROPHIE VENTRICULAIRE GAUCHE 222 G. CHOUKROUN ET COLL. les fibroblastes des espaces interstitiels, augmentent en taille et prolifèrent, avec pour conséquence une production excessive de matrice extracellulaire et de collagène, entraînant des lésions irréversibles de fibrose myocardique [12]. On distingue habituellement deux formes très distinctes d’HVG, la première apparaissant dans l’évolution des cardiopathies hypertrophiques d’origine génétique [13], et l’HVG secondaire aux anomalies hémodynamiques (augmentation de la pré- ou de la post-charge) [1], ou fonctionnelles (anémie chronique [14] ou exercice physique prolongé [15]). Après un bref rappel sur les cardiomyopathies hypertrophiques, cette revue sera consacrée aux mécanismes intracellulaires impliquées dans la transmission des signaux régulant la réponse hypertrophique de l’HVG secondaire. CARDIOMYOPATHIES HYPERTROPHIQUES Les cardiomyopathies hypertrophiques (CMH) sont des maladies d’origine génétique, de révélation tardive, caractérisées par une hypertrophie de la paroi ventriculaire, souvent asymétrique, touchant préférentiellement le septum interventriculaire [16]. La gravité de ces affections est liée au risque de mort subite et à l’accroissement de la rigidité ventriculaire, résultant elle-même de l’hypertrophie et de la fibrose qui peuvent entraîner une insuffisance cardiaque par altération de la fonction diastolique [16, 17]. Ces CMH, habituellement d’origine familiale et de transmission autosomique dominante, [13, 18-20] sont liées à des mutations de certains gènes codant pour des protéines impliquées dans la structure de l’appareil sarcoplasmique (Tableau 1). Ces gènes codent pour des protéines organisées en un appareil permettant la contraction de la cellule, le sarcomère. Il s’agit le plus souvent de mutations faux-sens ou de petites délétions qui ne produisent pas de décalage du cadre de lecture et qui conduisent à la production d’une protéine mutée, dite « poison » par le gène anormal [17, 18]. Celle-ci infiltre et désorganise le sarcomère en interférant avec l’action de la protéine normale. La contraction cellulaire est moins efficace, entraînant une hypertrophie myocardique qui a pour but de compenser ce déficit [18, 21]. L’altération de la fonction des myofilaments d’actine et de myosine peut être responsable, outre de l’hypertrophie compensatrice à la diminution des capacités de contraction, de la stimulation des mécanismes contrôlant l’apoptose cellulaire via l’activation de la voie des caspases [22, 23]. Au niveau cellulaire, l’élévation du calcium cytosolique pourrait être un des facteurs responsables de l’activation des signaux intracellulaires gouvernant la réponse hypertrophique de la cellule (fig. 1). HYPERTROPHIE CARDIAQUE SECONDAIRE OU EXTRINSÈQUE L’HVG peut survenir dans l’évolution de nombreuses cardiopathies, mais l’HTA, de par sa fréquence, en représente l’étiologie principale. L’HTA entraîne très précocement des modifications morphologiques et surtout fonctionnelles du VG, définissant la cardiopathie hypertensive. MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L’HYPERTROPHIE VENTRICULAIRE GAUCHE 223 TABLEAU I. — GÈNES IMPLIQUÉS DANS LES CARDIOMYOPATHIES HYPERTROPHIQUES . Seulement 60 à 65 p. 100 des patients porteurs d’une CMH ont une mutation identifiée, ce qui laisse supposer que de nombreuses autres gènes sont encore impliqués. LOCUS GÈNES PROTÉINES FRÉQUENCE MYH7 14q11.2-q12 Chaîne lourde β de la myosine : β-MyHC 35-50 p. 100 MYL3 3p21.2-3p21.3 Chaîne légère essentielle de la myosine : MLC-1s/v < 1 p. 100 MYL2 12q23-q24.3 Chaîne légère régulatrice de la myosine : MLC-2s/v < 1 p. 100 TNNT2 1q3 Troponine T cardiaque : cTnT 15-20 p. 100 TNNI3 19p13.2-q13.2 Troponine I cardiaque cTnI < 1 p. 100 TPM1 15q22 Tropomyosine α : α-TM < 5 p. 100 MYBPC3 11p11.2 Myosin binding protein C : cMyBP-C 15-20 p. 100 PRKAγ2 7q3 AMP-activated protein kinase γ2 : AMPK Très rare ACTC 15q11 α-actine cardiaque Très rare MYH6 14q Chaîne lourde α de la myosine : α-MyHC Très rare TTN 2q31 Titin Exceptionnelle Dysfonction des myofilaments Diminution des capacités de contraction Ca++ P CsA FK506 SEK-1- MKK-7 NF-AT3 Calcineurine SAPKs/JNKs Caspases 3 NF-AT3 Apoptose Augmentation de la force de contraction Bax Apoptose Hypertrophie FIG. 1. — Implication du calcium intracellulaire comme médiateur des voies de transduction au cours de l’hypertrophie et de l’insuffisance cardiaque. 224 G. CHOUKROUN ET COLL. Dans sa phase initiale, l’HVG représente un mécanisme d’adaptation nécessaire, permettant au cœur de maintenir ou d’augmenter le débit cardiaque (phase de compensation) en réponse à une augmentation de la pré- ou de la post-charge [1]. Cette réponse hypertrophique a pour but la normalisation de la tension pariétale systolique du ventricule gauche (wall stress), qui augmente au cours des cardiopathies hypertensives, valvulaires ou après infarctus du myocarde [1]. L’hypertrophie ventriculaire permet la réduction de la tension pariétale et, de ce fait, la réduction de la consommation en oxygène du myocarde [24]. Cependant, la fonction globale du myocarde hypertrophié n’est pas normale, en particulier la fonction diastolique semble altérée de façon précoce [25]. À long terme, l’épaisseur pariétale ne peut plus croître suffisamment pour assurer un travail cardiaque suffisant. L’augmentation du flux coronarien, nécessaire à la perfusion du cœur hypertrophié, n’est plus suffisante pour assurer l’accroissement de la demande en oxygène. Pour maintenir le débit cardiaque et une pression de perfusion suffisante, le cœur se dilate. Après un certain temps, les capacités d’adaptation sont dépassées, la fraction d’éjection du ventricule gauche diminue et l’insuffisance ventriculaire gauche (IVG) apparaît (phase de décompensation) [26]. Les facteurs hémodynamiques ne sont pas les seuls en cause dans la physiopathologie de l’HVG. D’autres facteurs comme l’âge, le sexe, la taille, le poids, l’activité physique, l’hérédité et des facteurs neuro-endocriniens (noradrénaline, adrénaline, angiotensines, endothélines) interviennent dans la genèse de l’HVG [27]. Sur le plan anatomique, deux formes d’hypertrophie cardiaque peuvent être individualisées : l’hypertrophie cardiaque concentrique, secondaire à l’augmentation de la post-charge (pressure-overload hypertrophy), que l’on observe par exemple au cours de l’HTA et dans laquelle la paroi ventriculaire est épaissie sans augmentation de volume de la chambre du ventricule gauche. Le diamètre des myocytes augmente, sans grande modification de la longueur des cellules. Dans l’hypertrophie cardiaque secondaire à une augmentation de la pré-charge (volume-overload hypertrophy), observée au cours des régurgitations valvulaires notamment, le diamètre interne du ventricule gauche est très nettement augmenté, alors que l’épaisseur pariétale n’augmente que modérément. L’augmentation du diamètre des myocytes est parallèle à l’augmentation de la taille des cellules. Ces caractéristiques fonctionnelles sont en fait souvent étroitement intriquées, en particulier lorsque plusieurs étiologies coexistent. PHÉNOTYPE HYPERTROPHIQUE DES MYOCYTES EN CULTURE En culture, les cardiomyocytes ont perdu leurs propriétés de proliférer en réponse à des stimuli mitogènes [28]. Ils représentent de ce fait un modèle idéal pour l’étude des mécanismes intracellulaires de transmission des signaux impliqués dans l’hypertrophie du myocarde. En réponse à un augmentation de la pré- ou de la post-charge, la croissance du cœur se fait au travers d’une augmentation de la taille des myocytes, comme dans l’enfance. Ce mécanisme permet initialement l’augmentation des performances du myocarde, afin de limiter la tension pariétale. MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L’HYPERTROPHIE VENTRICULAIRE GAUCHE 225 En culture, les cardiomyocytes hypertrophiés sont plus grands grâce à l’accroissement de la synthèse protéique globale. Sur le plan moléculaire, l’expression de nombreux gènes est augmentée, certains impliqués dans la croissance cellulaire (RNA polymèrases), et d’autres dont la surexpression caractérise l’hypertrophie des myocytes [29-31]. Ce sont les gènes de réponse précoce codant pour des facteurs de transcription (c-Fos, c-Jun, Egr-1 et c-myc), des gènes codant pour des protéines impliquées dans l’appareil de contraction cellulaire (skeletal α-actin, ventricular myosin light chain-2, β-myosin heavy chain et certains gènes qui ne sont exprimés, dans le ventricule gauche, que dans la période néonatale et dont l’expression disparaît lors du développement du cœur. Ces gènes codent pour le facteur atrial natriurétique (ANF) et le peptide natriurétique cérébral (BNP) [31]. Enfin, l’expression membranaire du récepteur AT1A de l’angiotensine II est augmentée par certains stimuli hypertrophiques [32] confirmant le rôle du système rénine-angiotensine-aldostérone dans la physiopathologie de l’HVG. VOIES D’ACTIVATION INTRACELLULAIRE IMPLIQUÉES DANS L’HYPERTROPHIE CARDIAQUE La masse et la fonction cardiaque sont étroitement liées aux modifications hémodynamiques nécessaires à l’adaptation physiologique ou pathologique de l’organisme. Cependant, le lien exact entre les variations hémodynamiques et la croissance du cœur reste hypothétique. Au moins trois groupes d’agonistes jouent un rôle important dans le développement de l’hypertrophie cardiaque. L’étirement cellulaire dont les voies de relais intracellulaire sont complexes et imparfaitement comprises, certains agonistes vaso-actifs (AII, ET-1 et agonistes α-adrénergiques) qui agissent sur des récepteurs à 7 domaines transmembranaires, et certains facteurs de croissance, en particulier l’IGF-1 et le TGF-β qui stimulent des récepteurs tyrosines kinases [33, 34]. Ces stimuli sont connus pour activer de nombreuses molécules impliquées dans la transmission du signal intracellulaire, en particulier certaines protéines G et diverses protéines kinases et phosphatases. L’étirement cellulaire, induit par l’augmentation de la pré- ou de la post-charge, joue un rôle central dans l’induction de la réponse hypertrophique [35, 36]. Ce stimulus mécanique doit être transmis à l’échelon cellulaire en signal biochimique, dans le but d’induire la croissance cellulaire. L’étirement cellulaire peut induire la réponse hypertrophique en modifiant l’architecture du cytosquelette (en particulier via les molécules de desmine et de tubuline) [35], mais aussi en activant des canaux ioniques spécifiques couplés secondairement aux protéines kinases C par l’intermédiaire de médiateurs produits par l’activation de la phospholipase C [37]. L’étirement cellulaire entraîne également la synthèse locale de médiateurs connus pour activer des récepteurs à sept domaines transmembranaires, comme l’AII et l’ET-1 [38, 39]. Protéines G hétérotrimériques Les protéines G hétérotrimériques sont des molécules capables de transmettre les signaux activateurs ou inhibiteurs en réponse à la fixation d’un agoniste à son récepteur transmembranaire. Au niveau du myocarde, 3 sous-classes de protéines G 226 G. CHOUKROUN ET COLL. jouent un rôle déterminant, Gαs qui permet la transmission du signal en réponse à l’activation des récepteurs β-adrénergiques, Gαi couplée au récepteur cholinergique et enfin Gαq étroitement liée aux récepteurs à l’AII, à l’ET-1 et α-adrénergique. Quelle que soit la sous-classe de protéine G, la fixation de l’agoniste à son récepteur induit la dissociation de ces protéines G trimériques (αβγ) en sous-unités Gα et Gβγ grâce au transfert de GTP sur la sous-unité Gα [40, 41]. Une fois dissociées, ces sous-unités activent des effecteurs en aval, en particulier l’adénylate cyclase (Gαs et Gαi) et certaines isoformes de la phospholipase C (PLC), notamment PLCβ (Gαq) (fig. 2). Cette activation entraîne l’hydrolyse secondaire de phospholipides membranaires, en particulier le phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PtdIns (4,5) P2), en inositol 1,4,5-triphosphate (InsP3) et diacylglycérol (DG) [42]. L’InsP3 régule les mouvements intracellulaires de calcium dans de nombreux types cellulaires ; dans les myocytes cependant, l’InsP3 ne semble pas jouer un rôle déterminant dans le couplage contraction-excitation [43]. Le DG est l’activateur physiologique de la protéine kinase C. Un rôle direct pour ces protéines G dans l’induction d’une réponse hypertrophique des myocytes ventriculaires a bien été démontré. L’activation de Gαi induit une inhibition de l’activité adénylate cyclase myocardique, et donc réduit la production d’AMPc et l’activation de la protéine kinase A. Une augmentation de l’expression myocardique de Gαi a été mise en évidence initialement chez trois patients porteurs de myocardiopathie dilatée par Neumann et al. [44]. De nombreuses études ont depuis confirmé l’augmentation d’expression myocardique de Gαi dans différents modèles d’insuffisance cardiaque et de cardiomyopathie [45, 46]. Cette régulation positive a lieu à un niveau transcriptionnel, l’ARNm de Gαi est augmenté dans la plupart de ces modèles. Les données sont discordantes pour β agonistes AC Gγ Gβ ATP Gα i GTP AII ET-1 Rcp α1 agonistes Gαq PLC-β PtdInsP 2 G β Gγ GTP AMPc DAG Ins P 3 PKA PKC Ca 2+ Calcineurine ERKs Ras SAPKs FIG. 2. — Activation des voies de signalisation intracellulaire par les récepteurs à 7 domaines transmembranaires : rôle des protéines G hétérotrimériques. La fixation de l’agoniste sur son récepteur induit la dissociation des protéines G en trois sous-unités, Gαi, activée par le récepteur β-adrénergique, entraîne l’inhibition de l’activité adénylate cyclase et de PKA. Gαq, libérée par la fixation de l’AII, de l’ET-1 ou de la noradrénaline sur leur récepteur respectif, active la PLC, et secondairement PKC, la calcineurine et les MAP kinases. MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L’HYPERTROPHIE VENTRICULAIRE GAUCHE 227 Gαs, et c’est avec Gαq que les études les plus concluantes, aussi bien in vitro qu’in vivo, ont été réalisées. La transfection d’un mutant constitutivement actif de Gαq dans des myocytes néonataux en culture, induit l’hydrolyse de PtdIns (4,5) P2, et surtout la réexpression du gène de l’ANF [47], cet effet est médié par la noradrénaline. D’autre part, les souris trangéniques exprimant un récepteur αadrénergique couplé à une forme constitutivement active de Gαq développent spontanément une hypertrophie cardiaque [48]. La surexpression de Gαq non muté (à un niveau environ 4 fois supérieur à l’expression physiologique) induit le développement d’une hypertrophie cardiaque compensatrice qui évolue vers l’insuffisance ventriculaire gauche [49]. Enfin Akhter et al. ont récemment montré que l’expression, par des souris transgéniques, du domaine C-terminal de Gαq capable d’interagir avec la partie intracellulaire du récepteur, bloque la transmission du signal généré par l’interaction des agonistes (en particulier ET-1, AII et PE) avec leurs récepteurs spécifiques [50]. L’hypertrophie cardiaque induite par la constriction aortique est atténuée chez ces souris transgéniques [50]. Ces travaux impliquent clairement Gαq comme médiateur proximal nécessaire et suffisant, impliqué dans la transmission du signal au cours de l’hypertrophie cardiaque in vitro et in vivo. Protéines kinases C Nous avons vu que l’activation de Gαq induit la synthèse de DG et l’activation de certaines isoformes de la PKC. Les PKC sont une famille de sérine/thréonine protéines kinases capables de transmettre le signal extracellulaire en activant d’autres protéines kinases, en particulier les mitogen-activated protein kinases (MAPK). Il existe au moins 11 isoformes différentes de PKC, parmi lesquelles PKCα, PKCβ, PKCδ et PKCε [51]. Ces différentes isoformes sont exprimées dans le cœur où elles sont activées après l’ischémie et l’augmentation de la post-charge [52]. Cependant, l’hétérogénéité d’expression des différentes isoformes de ces protéines kinases rendent délicate la démonstration du rôle exacte de tel ou tel d’entre elles dans la réponse du myocarde aux stimuli hypertrophiques. Il est actuellement admis que la PKC pourrait être un relais intermédiaire entre les protéines G couplées aux récepteurs transmembranaires, et les voies de signalisation plus distales [53]. Zou et al. ont par exemple montré que PKCε était nécessaire à l’activation de la protéine kinase Raf-1 induite par l’AII et l’ET-1 [54], Raf-1 étant située en amont de la cascade d’activation des MAP kinases (fig. 3). Les MAP kinases Les MAP kinases sont des sérine/thréonine kinases de 38 à 54 kDa, dont l’activation par phosphorylation de résidus thréonines (T) et tyrosines (Y) en une séquence T-X-Y, est l’aboutissement d’une cascade de protéines kinases [55]. Trois cascades de MAP kinases sont actuellement caractérisées dans les cellules eucaryotes (fig. 3). La première, la mieux caractérisée, est la voie aboutissant à l’activation de ERKs (extracellular-signal regulated kinases), impliquée dans la régulation de la prolifération et de la différenciation cellulaire [56]. ERK est activée par des facteurs de croissance, en particulier EGF (epidermal growth factor), PDGF (platelet derived growth factor), VEGF (vascular endothelial growth factor) et l’insuline [56, 57], et par certains peptides vasoactifs comme l’ET-1, l’AII, et les 228 G. CHOUKROUN ET COLL. GPCR Ca++ RTK Ras Rac, Cdc42Hs Ste20s MAP3Ks c-Raf-1 GCKs, Packs Packs MEKK-1, 3, MLKs Others MAP3Ks SEK-1, M K K-7 M KK -3, M K K -6 PD 98059 MEKs MEK-1, MEK-2 SB 203580 SEK-1 (K R) MAPKs Facteurs de transcription ERK -1, ERK -2 El k -1, TCFs, c-M yc Gènes cibles SAPK s/JN Ks c- Jun, A TF- 2 El k -1 p38α/ p38β A TF- 2, CH OP El k -1, M EF2c Gènes cibles M A P K A P-Ks MnK-1, 2 CREB eI FA E Gènes cibles FIG. 3. — Activation des MAP kinases par une cascade de phosphorylation. Les MAP kinases sont activées par une cascade de protéines kinases dans laquelle une MAP kinase kinase kinase (MAPK-K-K) active une MEK (MAPK/ERK Kinase), la protéine kinase en aval. Après activation, MEK active la MAP kinase par phosphorylation de résidus thréonines et tyrosines sur la région VIII du domaine catalytique. Trois MAP kinases sont actuellement caractérisées, ERKs (extracellular-signal regulated kinases), SAPKs (stress activated protein kinases) et p38 kinases. Après phosphorylation, la MAP kinase est transloquée dans le noyau où elle active différents substrats : les facteurs de transcription, TCFs, c-Myc, Elk-1 pour ERKs, c-Jun et ATF-2 pour SAPKs, et ATF-2, CHOP, CREB et MEF2c pour p38. Des inhibiteurs pharmacologiques de l’activation de ERKs, et de p38 kinases ont été développés, respectivement PD 98059 et SB 203580, et SB 202190. Il n’existe pas à l’heure actuelle d’inhibiteur spécifique de SAPKs, ce qui rend nécessaire l’utilisation de mutant dominant négatif de SEK-1. GPCR : récepteurs couplés aux protéines G ; RTK : récepteurs couplés aux tyrosines kinases. agonistes α-adrénergiques [56, 57]. Les deux autres MAP kinases sont des protéines kinases activées par le stress cellulaire, certaines cytokines inflammatoires (TNF-α et IL-1), la reperfusion après ischémie, l’étirement cellulaire et par les peptides vaso-actifs [55, 56, 58]. Il s’agit de SAPKs (stress activated protein kinases) ou JNK (c-Jun N-terminal activated kinase) et de p38 kinases. Elles participent au contrôle de la croissance cellulaire en régulant l’apoptose. Elles jouent également un rôle dans la régulation de l’expression de certaines intégrines par les cytokines inflammatoires [55, 58]. Trois différents gènes codent pour SAPKs, qui, après splicing différentiel des ARNm produisent 12 différentes isoformes. SAPKα et SAPKβ sont activées par deux différentes MEKs : SEK-1 (SAPK/ERK kinase-1) et MKK-7 (MAPK/ERK kinase-7). Les MAP kinases de la famille de p38 sont de caractérisation plus récente. Il en existe 4 isoformes (p38α, p38β, p38γ, p38δ) ayant entre 40 et 60 p. 100 d’homologie dans leur séquence en acides aminés avec SAPKs [59]. MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L’HYPERTROPHIE VENTRICULAIRE GAUCHE 229 Après phosphorylation, la MAP kinase est transloquée dans le noyau où elle agit en activant différents substrats, en particulier des facteurs de transcription, qui vont réguler l’induction de gènes, déterminant la réponse biologique finale de la cellule [59]. Ces gènes, dont l’expression est induite au cours de l’hypertrophie cardiaque, et qui la caractérise, ne sont pas bien connus. Après avoir phosphorylé leurs substrats, les MAP kinases sont rapidement inactivées par des sérines/thréonines ou des tyrosines phosphatases [56]. Les travaux concernant l’implication des MAP kinases dans le développement de l’hypertrophie des cardiocytes en culture ont produit des résultats contradictoires (revue dans [60]). ERK est activé par l’étirement cellulaire et les peptides vaso-actifs dans les myocytes néonataux en culture ou dans un modèle de cœur isolé perfusé [61, 62]. L’expression, après transfection, de mutants constitutivement actifs de MEK-1, la protéine kinase immédiatement en amont de ERKs, augmente l’activité du promoteur de l’ANF dans les cardiocytes en culture, alors que la transfection d’un mutant dominant négatif de MEK-1 inhibe cette activité [63]. Cependant, l’inhibition pharmacologique de MEK-1, à l’aide du PD98059, ou de mutants inactifs de Raf-1, ne permet pas d’inhiber l’hypertrophie des myocytes en réponse à la noradrénaline [64, 65]. En accord avec ces études, nous avons montré que si ERK était fortement activée par l’ET-1 et l’AII dans les cardiocytes néonataux [66], l’inhibition de cette activation n’a aucun effet sur l’induction de la synthèse protéique et sur l’organisation de l’appareil sarcomérique induites par l’ET-1, confirmant que ERK n’est pas nécessaire à l’expression de ces deux composantes de la réponse hypertrophique in vitro. De plus, nous avons trouvé que ERKs n’étaient pas activées in vivo par l’augmentation de la post-charge à 1, 3 et 7 jours après constriction aortique [67]. Plusieurs études récentes démontrent l’implication des protéines kinases activées par le stress dans le développement de la réponse hypertrophique. L’activation constitutive de p38 par l’expression de mutants de MKK-6 ou de MKK-3, les protéines kinases situées en amont de p38 dans la cascade d’activation, entraîne une augmentation de la taille des cellules, la réexpression du gène de l’ANF par les myocytes ventriculaires et l’augmentation de l’organisation du sarcomère [68, 69]. Cependant, la surexpression de ces deux protéines kinases, MKK-3 et MKK-6 entraîne une augmentation de l’activité de p38 de 3 à 12 fois le niveau de base, ce qui contraste très nettement avec le profil d’activation, le plus souvent transitoire, de ces MAP kinases en réponse à des stimuli physiologiques. Nous avons montré que p38 n’était pas activée par l’ET-1 in vitro dans les myocytes néonataux [66], et ne l’était que modestement in vivo dans un modèle d’augmentation de la postcharge par constriction aortique [67]. Dans ce même travail, nous avons démontré que l’inhibition pharmacologique de p38 par le SB203580 n’a aucun effet sur l’augmentation de synthèse protéique et l’induction de l’organisation du sarcomère induite par l’ET-1 in vitro. Ces résultats contrastent avec ceux de Nemoto et al. qui montrent que l’ET-1 augmente l’activité du promoteur de l’ANF, en utilisant un plasmide reporteur transfecté, via l’activation de p38. Dans ce travail, les auteurs ont inhibé p38 en utilisant un dérivé du SB203580, le SB202190, à la concentration de 10 à 20 µM [70]. Or, à cette concentration, il a été rapporté que ces inhibiteurs pouvaient également bloquer l’activation de certaines isoformes de SAPK [71]. Il n’existe pas à l’heure actuelle d’inhibiteur spécifique de SAPKs. Dans le but d’étudier le rôle jouer par cette MAP kinase dans le développement de l’HVG, 230 G. CHOUKROUN ET COLL. SEK-1 (KR), un mutant dominant négatif de SEK-1, la protéine kinase responsable de l’activation de SAPKs, a été construit par PCR. Un adénovirus recombinant a été utilisé afin d’exprimer ce mutant dans les myocytes néonataux de rat en culture. Nous avons montré que SAPKs étaient activés par l’ET-1 et l’AII et que l’activation de SAPKs était spécifiquement inhibée par l’expression de SEK-1 (KR) [66]. L’expression de SEK-1 (KR) par ces myocytes inhibe les trois composantes de la réponse hypertrophique induites par l’ET-1, inhibition de la synthèse protéique globale (mesurée par l’incorporation de [3H] leucine et la quantité de protéines contenue dans la cellule), inhibition de la réexpression du gène de l’ANF et de la réorganisation du sarcomère [66]. Des arguments encore plus forts ont été obtenus in vivo. Dans notre modèle d’hypertrophie cardiaque, l’HVG est secondaire à l’augmentation de la post-charge induite par la mise en place d’un clip sur l’aorte ascendante. Nous avons montré que SAPKs étaient activées par l’augmentation de la post-charge [67]. L’expression de SEK-1 (KR) par un adénovirus recombinant permet de bloquer cette l’activation, sans modifier l’expression totale de SAPKα et de SAPKβ. Ce blocage de l’activation de SAPKs entraîne une inhibition de l’HVG sept jours après la constriction aortique, déterminé par échocardiographie (épaisseur de la paroi postérieure et dimensions du VG) ou par des mesures post-mortem (poids du VG/poids du corps, épaisseur de la paroi antérieure, postérieure et du septum interventriculaire) [67]. Enfin, l’inhibition de SAPK régule négativement l’expression de la pro-ANF dans le ventricule gauche, expression induite par l’hypertrophie [67]. Ces résultats impliquent clairement SAPKs comme une voie de signalisation nécessaire à la régulation de la réponse hypertrophique aussi bien in vitro en réponse aux agonistes vasoactifs, qu’in vivo en réponse à une augmentation de la post-charge. Implication de la calcineurine dans l’hypertrophie cardiaque La calcineurine est une protéine phosphatase intracellulaire, dont l’activation est dépendante du calcium et de la calmoduline (protéine phosphatase 2B). Elle joue un rôle essentiel dans la régulation de l’expression de gènes dans différents systèmes cellulaires [72]. Elle est capable de déphosphoryler de nombreux substrats, parmi lesquels des facteurs de transcription dont ceux appartenant à la famille des facteurs nucléaires des cellules T activées (NF-ATs). Une fois déphosphorylés dans le cytoplasme des lymphocytes T, ces facteurs de transcription peuvent être importés dans le noyau de ces cellules où ils activent la transcription de gènes impliqués dans la réponse immunitaire [73]. L’inhibition de cette déphosphorylation de NF-ATs par la calcineurine, est le mode d’action immunosuppresseur principal de la ciclosporine A et du FK506 [74]. Molkentin et al. ont proposé récemment que la ciclosporine A pouvait prévenir le développement de l’hypertrophie cardiaque dans certains modèles animaux. Ces auteurs ont montré que l’expression prolongée d’une forme constitutivement active de calcineurine par des souris transgéniques était suffisante pour induire une hypertrophie cardiaque [75]. Cette HVG évolue, après deux mois environ, vers la dilatation ventriculaire et rapidement vers l’insuffisance cardiaque. De plus, l’expression d’une forme constitutivement active de NF-AT3 responsable de sa localisation nucléaire, est suffisante pour induire une HVG [75], confirmant que c’est cette cible de la calcineurine qui est impliquée dans la régulation de l’hypertrophie cardiaque. Les mêmes auteurs ont montré que l’administration de ciclos- MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L’HYPERTROPHIE VENTRICULAIRE GAUCHE 231 porine A bloquait l’HVG des souris transgéniques calcineurine, mais pas NF-AT3 [75]. Dans un autre travail, Sussman et al. ont montré que l’inhibition de l’activité calcineurine par la ciclosporine A utilisée à des doses 5 fois supérieures à celles utilisées en clinique humaine, prévenait le développement de l’hypertrophie cardiaque induite par la constriction aortique chez le rat et dans plusieurs modèles de cardiopathies hypertrophiques ou dilatées induites chez la souris par mutations de gènes codant pour des protéines de l’appareil sarcomérique [76]. Ce travail suggère que non seulement l’activation de la calcineurine est suffisante pour induire une réponse hypertrophique, mais que son inhibition permet de bloquer cette réponse. Depuis ces publications, plusieurs auteurs ont rapporté des résultats contradictoires en utilisant la ciclosporine ou le FK506 dans l’espoir d’inhiber l’hypertrophie cardiaque dans différents modèles animaux [77-80]. Ces travaux montrent que l’inhibition de l’activité calcineurine par la ciclosporine ne prévient pas le développement de l’hypertrophie cardiaque à 14 et 21 jours, alors que dans leur travail, Sussman et al. avaient étudié les effets de la ciclosporine à 7 jours. Cet échappement ne veut pas dire que la calcineurine ne soit pas impliquée dans la régulation de l’hypertrophie cardiaque, mais suggère plutôt que d’autres voies de signalisation intracellulaire soient impliquées dans cette réponse, soulignant la grande complexité de ce phénomène [53]. Plus récemment, nous avons montré, sur des myocardes humains prélevés lors de dons d’organes ou immédiatement avant transplantation cardiaque, que l’expression du gène codant pour la calcineurine, ainsi que son activité, étaient augmentées aussi bien dans les cardiopathies hypertrophiées qu’au stade d’insuffisance cardiaque avancée [81]. Ceci suggère que cette voie de signalisation est également impliquée chez l’homme dans la réponse hypertrophique et dans la transition de l’HVG vers l’insuffisance cardiaque. Cependant, compte tenu de la toxicité potentielle des inhibiteurs de la calcineurine, il est improbable que ces produits voient un jour un développement dans cette indication. Les autres voies de signalisation impliquées dans l’hypertrophie cardiaque D’autres voies de signalisation ont été impliquées dans le contrôle de l’hypertrophie cardiaque. JAK-STAT (Janus kinase/Signal transducers and activators of transcription) est une voie de signalisation associée aux récepteurs des cytokines [82], capable d’activer certains facteurs de transcription (STATs) impliqués dans l’induction de la transcription des gènes codant pour les interférons α et γ. Il a été rapporté que la cardiotropine 1, en activant JAK pouvait induire un phénotype d’hypertrophie cardiaque des myocytes en culture [83]. De même, l’activation de JAK par l’AII pourrait jouer un rôle dans le développement de l’hypertrophie dans certains modèles in vivo [84]. L’IGF-1 augmente la synthèse protéique des myocytes en culture [85]. L’IGF-1 active fortement la phosphatidylinositol 3-OH kinase (PI3 Kinase), entraînant secondairement l’activation par phosphorylation des PtdIns (3,4,5) P3-dependent protein kinases (PDK) 1 et 2 et de la protéine kinase B (Akt) [86]. L’activation de cette cascade de protéines kinases est impliquée dans la régulation de nombreux processus cellulaires, en particulier l’apoptose contrôlée par la voie des caspases [87]. Plusieurs études ont impliqué PI3 Kinase/Akt dans le contrôle de la synthèse protéique dans les myocytes ventriculaires, une des étapes essentielles dans 232 G. CHOUKROUN ET COLL. FIG. 4. — Intégration des différentes voies d’activation impliquées dans le développement de l’hypertrophie cardiaque. le développement de l’hypertrophie cellulaire [88]. Nous avons récemment montré que la glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β), une protéine kinase impliquée dans le développement et la tumorigenèse, était inactivée par les stimuli hypertrophiques via une voie passant par PI3 Kinase/Akt [89]. Or GCK-3β est capable de phosphoryler NF-ATs, ce qui induit son export du noyau vers le cytoplasme, limitant ainsi l’activation initiée par l’activité calcineurine (fig. 4). L’activation constitutive de GSK-3β, après expression dans les cardiocytes en culture d’un mutant constitutivement actif, inhibe la synthèse protéique et la réorganisation de l’appareil sarcomérique induite par l’ET-1 [89]. Cet effet nécessite la sortie du noyau de NFAT3, ce qui renforce les données sur le rôle clé joué par ce facteur de transcription dans la régulation de la réponse hypertrophique des myocytes en culture. De nombreuses autres molécules ont été impliquées dans la régulation de l’hypertrophie cardiaque en réponse à différents agonistes ou facteurs de croissance, le lecteur en trouvera la liste exhaustive dans la revue récente de Molkentin et Dorn II [53]. CONCLUSION Comment peut-on réconcilier les données des différentes études impliquant les très nombreuses molécules intracellulaires dans la physiopathologie de l’hypertrophie cardiaque ? Beaucoup de ces molécules, en particulier Rac1, Ras et les protéines G, une MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L’HYPERTROPHIE VENTRICULAIRE GAUCHE 233 fois activées par fixation d’un agoniste sur son récepteur, relaient le signal en activant certaines isoformes de PKC et les MAP kinases, en particulier SAPK. D’autre part l’élévation du calcium intracellulaire secondaire à la synthèse d’InsP3 active les MAP kinases et la calcineurine. Toutes ces voies concourent à l’activation de facteurs de transcription, en particulier MEF2c, AP1 (hétérodimère composé de c-Jun et de c-Fos) et NF-AT, dont l’action au niveau des régions régulatrices des gènes cibles est responsable de l’induction des gènes de la réponse hypertrophique (fig. 4). De grands progrès ont été effectués ces dix dernières années dans la compréhension et le démembrement des voies de signalisation intracellulaire impliquées dans la physiopathologie de l’hypertrophie cardiaque. La responsabilité de ces nombreuses voies de signalisation dans le contrôle de la réponse hypertrophique démontre la grande complexité de ce phénomène. Ces voies de transmission pourraient devenir des cibles nouvelles dans le développement de stratégies thérapeutiques visant la prise en charge de l’hypertrophie ventriculaire gauche et dans la prévention de son évolution vers l’insuffisance cardiaque congestive. BIBLIOGRAPHIE 1. COHN JN. Structural basis for heart failure. 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