Rôle du gène MYL-4 dans la régulation de la fréquence cardiaque dans la cardiomyopathie auriculaire

Abstract

Les dysfonctions du nœud sinusal (SND) font partie de la grande famille des troubles du rythme cardiaque. Chaque année, elles touchent près de 60 000 canadiens et canadiennes directement. Le nœud sinusal (SAN), aussi appelé le « pacemaker naturel cœur » est une petite région du cœur humain qui s’assure que toute notre vie, notre cœur batte automatiquement sans que nous ayons à y réfléchir. Il arrive que, surtout avec l’âge. Malgré les immenses avancées dans le traitement des maladies cardiaques, les SND reste une famille de maladies qui ne possède pas de traitement. En effet, lorsque les symptômes associés aux SND sont trop avancés avec une diminution de la fréquence cardiaque par exemple, l’évolution défavorable en fibrillation atriale (AF), le risque d’accident vasculaire cérébral ou même en insuffisance cardiaque, le seul traitement envisageable est l’ajout d’un stimulateur cardiaque externe (PPM) pour le patient. À elles seules, les SND sont responsables de l’installation de 50% de tous les PPM au Canada chaque année, représentant un important fardeau économique. Les mécanismes par lesquels les SND se développent sont multiples et surtout peu compris, ce qui retarde notamment le développement de médicaments adaptés à une telle pathologie, Au cours des 5 dernières années, des études ont permis d’identifier un variant rare du gène MYL4 codant la protéine ALC-1 au niveau des oreillettes. Le variant MYL4-p.E11K entraîne un important remodelage structurel, menant à d’important troubles du rythme comme les SND et l’AF. Ce qui est particulier dans ce cas, est que les patients porteurs de ce variant rare sont très jeunes et nécessitent un PPM de façon précoce (avant 40 ans). Cette découverte chez l’humain nous a permis de poser l’hypothèse que le gène MYL4 joue un rôle important dans l’initiation de l’activité électrique cardiaque. Le premier chapitre présente le SAN en faisant état de sa structure et des mécanismes qui lui confèrent sa fonction. Le chapitre expose aussi la façon dont se présentent les SND ainsi que les quelques gènes qui ont été liés directement aux dysfonctions du nœud sinusal. Le chapitre se termine en énonçant les différentes problématiques de recherche abordées dans le manuscrit. Le second chapitre aborde, sous forme d’article, nos principales découvertes effectuées sur le SAN grâce à l’utilisation d’un modèle transgénique de rat exprimant le variant rare Myl4- p.E11K+/+. Il fait état des différentes méthodologies employées, des résultats obtenus en plus de discuter ceux-ci. Le troisième chapitre relate les résultats obtenus au niveau des oreillettes. Bien que les résultats soient plus préliminaires que ceux décrits dans le second chapitre, ce chapitre fait état des différentes méthodologies employées spécifiques aux oreillettes, présente les résultats obtenus et établi une discussion orientée sur les oreillettes. Le quatrième chapitre se concentre, par un article publié sur le concept de la cardiomyopathie atriale spécifique, sur une condition pathologique englobant les troubles structurels et rythmique des oreillettes. Le chapitre permet d’y positionner d’ailleurs les cas du variant rare MYL4-p.E11K. Les résultats présentés dans cette thèse montrent que le variant rare Myl4-p.E11K+/+ induit un remodelage électrique du SAN chez les rats porteurs de la mutation. Les observations faites in vivo pointent vers un ralentissement de la fonction nodale, en plus de confirmer un important remodelage structurel et fonctionnel du SAN et des oreillettes. Au niveau du tissu nodal isolé, ex vivo, les résultats montrent une diminution de la vitesse de conduction, réduite autant au niveau du SAN que de l’oreillette droit chez les animaux transgénique Myl4-p.E11K+/+. Il est aussi observé à l’aide de colorations du tissu nodal et atrial qu’une importante quantité de collagène s’y dépose, avec un impact potentiel sur la conduction électrique tissulaire. Au niveau des cellules isolées du SAN, il a été possible d’observer que les mécanismes menant à l’activité automatique du SAN sont altérés. En effet, les courants générés par les courants pacemaker et calcique sont diminués en plus d’observer un déséquilibre de l’hémostase calcique chez les animaux exprimant le variant rare Myl4-p.E11K+/+ De plus, les gènes et protéines directement liées aux courants sont diminués autant dans le SAN que les oreillettes de ces animaux transgéniques. En conclusion cette thèse suggère que le rôle du variant rare Myl4-p.E11K+/+ n’est pas restreint aux oreillettes, et qu’il impacte également le SAN, induisant un important remodelage structurel et électrique de celui-ci. Nos résultats, sont à notre connaissance, les premiers à associer le rôle d’une protéine contractile à celle de la fonction du SAN. Cette thèse permet à la fois de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans le remodelage du SAN. Elle promeut de façon claire le lien étroit entre la cardiomyopathie atriale primaire et la SND. Ces résultats permettent d’entrevoir des cibles thérapeutiques permettant de freiner les SND ou peut-être même prévenir celle-ci. Sinus node dysfunction (SND) is a member of the large family of cardiac rhythm disorders. Every year, they affect almost 60,000 Canadians directly. The sinoatrial node (SAN), also known as the heart's “natural pacemaker”, is a small region of the human heart that ensures that, throughout our lives, our heart beats automatically without having to think about it. Sometimes, especially as we get older, it can stop working properly. Despite huge advances in the treatment of heart disease, SND remains a family of diseases with no cure. Indeed, when the symptoms associated with SNDs are too advanced, with a decrease in heart rate for example, unfavorable evolution into atrial fibrillation (AF), risk of stroke or even heart failure, the only treatment that can be envisaged is the addition of an external pacemaker (PPM) for the patient. SNDs alone are responsible for the installation of 50% of all PPMs in Canada each year, representing a significant economic burden. The mechanisms by which SNDs develop are multiple and above all poorly understood, which notably delays the development of drugs adapted to such a pathology. Over the past 10 years, studies have identified a rare variant of the MYL4 gene encoding the ALC-1 protein in the atria. The MYL4-p.E11K variant causes significant structural remodeling, leading to major rhythm disorders such as SND and AF. What's special in this case is that patients with this rare variant are very young and require early PPM (before the age of 40). This discovery in humans has led us to hypothesize that the MYL4 gene plays an important role in the initiation of cardiac electrical activity. The first chapter introduces the SAN, describing its structure and the mechanisms that confer its function. The chapter also outlines how SNDs present themselves, as well as the few genes that have been linked directly to sinus node dysfunction. The chapter concludes by setting out the various research issues addressed in the manuscript. In the second chapter, we present our main findings on SAN using a transgenic rat model expressing the rare Myl4-p.E11K+/+ variant. It reports on the different methodologies employed, the results obtained and discusses them. The third chapter reports on the results obtained in the atria. Although the results are more preliminary than those described in the second chapter, this chapter reports on the different methodologies employed specific to atria, presents the results obtained and sets out a discussion focused on atria. The fourth chapter focuses, through a published article on the concept of specific atrial cardiomyopathy, on a pathological condition encompassing structural and rhythmic disorders of the atria. The chapter also includes cases of the rare MYL4-p.E11K variant. The results presented in this thesis show that the rare Myl4-p.E11K+/+ variant induces electrical remodeling of the SAN in rats carrying the mutation. In vivo observations point to a slowing of nodal function, in addition to confirming significant structural and functional remodeling of the SAN and atria. At the level of isolated nodal tissue, ex vivo results show reduced conduction velocity in both the SAN and right atrium of Myl4-p.E11K+/+transgenic animals. Staining of nodal and atrial tissue also revealed the deposition of significant amounts of collagen, with a potential impact on tissue electrical conduction. At the level of isolated SAN cells, it was possible to observe that the mechanisms leading to automatic SAN activity are altered. Indeed, currents generated by pacemaker and calcium currents, as well as calcium homeostasis were diminished in animals expressing the rare variant Myl4-p.E11K+/+. In addition, genes and proteins directly linked to the currents are diminished in both the SAN and atria of these transgenic animals. In conclusion, this thesis suggests that the role of the rare Myl4-p.E11K+/+ variant is not restricted to the atria, and that it also impacts the SAN, inducing significant structural and electrical remodeling of the latter. To our knowledge, our results are the first to associate the role of a contractile protein with that of SAN function. This thesis provides a better understanding of the mechanisms involved in SAN remodeling. It clearly promotes the close link between primary atrial cardiomyopathy and SND. These results point the way to therapeutic targets that could curb or even prevent SND.