Cardiac connexin 43 functional regulation by anchored PKA
Régulation fonctionnelle de la connexine 43 cardiaque par l'ancrage de la PKA
Résumé
Catecholamines' stimulation of beta- adrenergic receptors (β-ARs) activates cAMP-Protein Kinase A (PKA) signaling pathway leading to dromotropic positive effect, i.e., increase in action potential (AP) conduction velocity. AP is spread by gap junction (GJ) localized at cardiomyocytes intercalated discs (ID) which are composed by connexin 43 (Cx43). They ensure anisotropic AP conduction and thereby synchronous and homogenous heart contraction. Cardiac Cx43 altered expression and/or localization are known to affect AP conduction and favors ventricular arrhythmias after myocardial infarction (MI). MI is a major public health problem characterized by an ischemic lesion leading to irreversible cardiomyocytes' death. Regarding the cause, β-ARs are chronically activated to maintain cardiac function after MI. Considering the key role of GJ and β-ARs signaling in AP conduction, we investigated Cx43 spatio-temporal regulation by PKA in physiological and pathophysiological (MI) conditions. Experiments in which PKA was specifically inhibited or displaced from its anchoring to A Kinase Anchoring Proteins (AKAPs) with peptides showed an anchored-PKA phosphorylates Cx43 and regulates intercellular communication in ventricular cardiomyocytes. High resolution microscopy and biochemical approaches allowed us to identify for the time in cardiomyocytes a proteic macrocomplex composed of Cx43, the AKAP : ezrin and PKA. Finally, we observed in an acute MI model of LAD during 7 days a decreased proximity between Cx43 and ezrin at ID associated with a decreased Cx43 phosphorylation and an increased susceptibility to ventricular arrhythmias. We identified for the first in heart Cx43 and intercellular communication regulated by an anchored-PKA. Interestingly, a Cx43-ezrin-PKA complex localized at ID is disrupted after MI which could partially explain could explain the decrease in Cx43 phosphorylation, GJ uncoupling and ventricular arrhythmias.
La stimulation des récepteurs beta-adrenergiques (β-ARs) par les catécholamines active la voie de signalisation AMPc-Protéine kinase A (PKA) et est responsable de l'effet dromotrope positif, i.e. l'accélération de la vitesse de propagation du potentiel d'action (PA). La propagation du PA est médiée par les jonctions communicantes (JC) localisées aux disques intercalaires (DI) des cardiomyocytes, qui sont composées de connexine 43 (Cx43). Ces structures assurent la conduction anisotrope du PA et ainsi la contraction synchrone et homogène du cœur. Des altérations de l'expression et/ou de la localisation de la Cx43 cardiaque sont connues pour affecter la propagation du PA et favoriser la survenue des arythmies ventriculaires après un infarctus du myocarde (IDM). L'IDM est un problème de santé publique majeur qui se caractérise par une lésion ischémique provoquant la mort irréversible des cardiomyocytes et une altération de la fonction cardiaque. Il est connu dans la littérature qu'après un IDM, les β-ARs sont activés de manière chronique pour maintenir la fonction cardiaque. Considérant le rôle clé des JC et de la signalisation des β-ARs dans la propagation du PA, nous avons étudié la régulation spatiale et temporelle de la Cx43 cardiaque par la PKA en condition physiologique et lors d'un IDM. Des expériences dans lesquelles la PKA a été spécifiquement inhibée ou déplacée de son ancrage aux AKAPs (Protéines d'Ancrage à la PKA) par des peptides nous ont permis de mettre en évidence qu'une PKA ancrée assure la phosphorylation constitutive de la Cx43 et régule la communication intercellulaire des JC (CIJC) dans des cardiomyocytes ventriculaires. Des approches d'imagerie confocale à haute résolution et de biochimie nous ont permis d'identifier pour la première fois dans les cardiomyocytes la présence d'un macrocomplexe protéique composé de la Cx43, de l'AKAP : ezrine et de la PKA. Enfin, nous avons observé dans un modèle d'IDM aigu chez le rat ayant subi une ligature permanente pendant 7 jours de l'artère coronaire descendante gauche, une diminution de la proximité entre l'ezrine et la Cx43 aux DI associée à une diminution de phosphorylation de la Cx43 et une susceptibilité accrue aux arythmies. Ainsi, nous avons montré pour la première fois dans le cœur que la phosphorylation de la Cx43 et la CIJC sont régulées par une PKA ancrée. De manière intéressante, un complexe Cx43-ezrine-PKA exprimé aux DI en condition physiologique est interrompu dans l'IDM ce qui pourrait expliquer la diminution de phosphorylation de la Cx43, la dérégulation de la communication intercellulaire et la survenue des arythmies ventriculaires.
Origine : Version validée par le jury (STAR)