Rôle fonctionnel des canaux ioniques dans la génération de l'automatisme et de la conduction cardiaque
Institution:
Montpellier 2Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The generation and regulation of the heartbeat is a phenomenon, which requires the precise coordination between the electrical activity of the sino-atrial node (SAN) and the specialized conduction tissue. The heart conduction system (CS) is composed by the atrioventricular node (AVN) and the his-Purkinje fibers (PFs) network system. Automaticity is initiated in the SAN by primary pacemaker cells which generate spontaneous periodic oscillation of their membrane potential. The AVN is also able to generate automaticity , and can drive the heartbeat in case of SAN failure. The PFs network can pace the heart, in case of atrioventricular block. The spontaneous activity of the pacemaker cells is due to the diastolic depolarisation, a slow phase of the pacemaker cycle which drives the membrane voltage from the end of repolarisation phase of an action potential toward the threshold of the following action potential. At the cellular level, pacemaker activity requires the intervention of several families of ionic channels. The molecular basis of AVN and PF automaticity are poorly understood and the role of different ionic channel genes in controlling the diastolic depolarisation phase (DD) in CS have not been investigated. We have isolated spontaneously beating cells from the mouse AVN region and studied ionic channels and pacemaker activity by employing the whole-cell configuration of the patch-clamp technique. ). Compared to SAN, the AVN cells (AVNC) were characterized by a higher expression of the inward rectifier current (IK1) and of the fast delayed-rectifier current (IKr). In contrast, the densities of the hyperpolarization-activated current (If), that of the T- (ICa,T) and L-type (ICa,L) Ca2+ currents were lower AVNC than in SAN cells (SANC). Inhibition of If by 3µM ZD-7228 slowed automaticity of AVNC indicating that If participates to AVNC automaticity in spite of a more negative activation curve in AVNC. The Cav1. 3 mediated ICa,L plays an obligatory role in automaticity of AVNC and accounted for almost the totality of ICa,L. TTX-sensitive (INas) and TTX-resistant (INar) Na+ currents had a differential role in automaticity of mouse AVNC, because block of INas slowed pacemaker activity by specifically reducing the rate of the diastolic depolarization (DD), while inhibition of INar showed that this current is the key contributor of the action potential (AP) threshold and upstroke velocity. Modelling of AVN cell automaticity indicates that the lower densities of If, ICa,L, ICa,T, and INas, as well as the higher expression of IK1 and IKr in AVNC than in SANC can explain the intrinsically slower automaticity of AVNC
Abstract FR:
La génération et la régulation du rythme cardiaque nécessite une coordination précise entre l'activité électrique du nœud sinoatrial (NSA), à l'origine de l'activité pacemaker cardiaque, et le tissu de conduction (TC), composé du nœud atrioventriculaire (NAV) et du réseau de His-Purkinje. Lors de pathologies cardiaques, il arrive que le centre primaire pacemaker (NSA) soit défaillant et ne génère plus d'impulsions électriques. Le NAV, en plus de sa fonction de conduction, est doté d'automatisme et impose sa fréquence au cœur. La connaissance de la physiologie du rythme cardiaque nécessite l'identification et la description du rôle des gènes des différents canaux ioniques impliqués dans la génération et la régulation de l'activité pacemaker. L'approche via les souris génétiquement modifiées nous donnent l'opportunité de mieux comprendre le mécanisme exact de génération de l'automatisme cardiaque. L'approche expérimentale était jusqu'à présent considérée comme difficile du fait du manque d'accessibilité à ce type de cellules chez la souris. Pendant ma thèse, j'ai développé une technique d'isolement des différentes cellules automatiques de la souris adulte (cellules du NSA, cellules du NAV et cellules des FP). Une comparaison des différents courants ioniques dépendants du voltage sur ces cellules automatiques montrent que le courant pacemaker (If) et les courants calciques (ICa,L et ICa,T) sont présents dans les cellules de conduction en moins forte densité que dans les cellules du SAN. Les souris invalidées pour les gènes Cav1. 3 codant pour ICa,L et Cav3. 1 codant pour ICa,T montrent une absence totale de ces courants dans les cellules du NAV et du SAN. Au niveau cellulaire, les cellules du SAN et du NAV présentent une bradycardie associée à des dysrythmies impliquant que ces courants calciques sont primordiaux pour l'activité pacemaker. Par contre, les courants potassiques (IK,r et IK1) sont davantage exprimés dans les cellules du NAV et les cellules de Purkinje que dans les cellules du SAN. Cette forte expression de ces courants pourrait expliquer ce ralentissement de l'automatisme des cellules pacemaker du NAV et des cellules des FP