Role and regulation of phosphodiesterase type 2 in heart failure
Rôle et régulation de la phosphodiestérase de type 2 dans l’insuffisance cardiaque
Résumé
Cyclic AMP (cAMP) and cyclic GMP (cGMP) are critical second messengers for the regulation of cardiac function. Their levels are regulated by adenylyl and guanylyl cyclases, respectively, and by cyclic nucleotides phosphodiesterases (PDEs). However, such regulation is altered in heart failure (HF). Indeed diminished cAMP- and augmented cGMP-signaling is characteristic of failing hearts.Among the PDE superfamily, PDE2 has the unique property to be stimulated by cGMP, thus leading to a remarkable increase in cAMP hydrolysis. This appears to mediate a negative cross-talk between cAMP- and cGMP signaling pathways. However, the role of PDE2 in the failing heart is only poorly understood.In this context, we investigated whether myocardial PDE2 is altered in human and experimental HF and determined PDE2 mediated effects on β-adrenoceptor (β-AR) signaling in cardiomyocytes. Using immunoblotting, radioenzymatic- and FRET-based assays, video-edge-detection, epifluorescent microscopy and L-type Ca2+ current measurements, performed in myocardial tissues and/or isolated cardiomyocytes from human and/or experimental HF, respectively, we showed that PDE2 is markedly upregulated in failing hearts. This reduces the effect of an acute β-adrenergic stimulation, and contributes to the β-adrenergic desensitization which is a characteristic feature in HF. Accordingly, PDE2 overexpression in healthy cardiomyocytes reduced the rise in cAMP levels and ICa,L amplitude and abolished the inotropic effect following acute β-AR stimulation, without affecting basal contractility. Importantly, PDE2-overexpressing cardiomyocytes showed marked protection from norepinephrine-induced hypertrophic responses and from isoproterenol-induced arrhythmias.In conclusion, this work highlights the alteration of PDE2 in HF and lets us assume that PDE2 upregulation in HF may constitute an important defence mechanism during cardiac stress, e.g. by antagonizing excessive β-AR drive. Thus, activating myocardial PDE2 may represent a novel intracellular anti-adrenergic therapeutic strategy in HF.
L'AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. Leurs niveaux sont régulés par l’adénylate cyclase et la guanylate cyclase, respectivement, et par les phosphodiestérases (PDEs). Cependant, une telle régulation est altérée dans l'insuffisance cardiaque (IC). En effet, la diminution de la signalisation de l’AMPc et l’augmentation de celle du GMPc est caractéristique des cœurs défaillants.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 a la particularité d'être stimulée par le GMPc, conduisant ainsi à une augmentation remarquable de l'hydrolyse de l'AMPc. Ceci semble induire une interaction entre les voies de signalisation de l’AMPc et du GMPc. Cependant, le rôle de la PDE2 dans le cœur défaillant est très peu connu.Dans ce contexte, nous avons examiné si la PDE2 cardiaque est modifiée dans l’IC chez l’Homme et chez les modèles animaux d’IC, et déterminé le rôle de la PDE2 dans la signalisation β-adrénergique dans les cardiomyocytes. Grâce à l’utilisation de Western blot, de technique radioenzymatique, d’imagerie basée sur le FRET, de la planimétrie, de la microscopie à épifluorescence et des mesures du courant calcique de type L, réalisés sur les tissus myocardiques humains et/ou dans des cardiomyocytes isolés de cœurs des modèles animaux d’IC, respectivement, nous avons montré que l’expression et l’activité de la PDE2 sont augmentées dans les cœurs défaillants. Cette augmentation réduit l’effet d’une stimulation β-adrénergique aiguë, contribuant à la désensibilisation β-adrénergique observée dans l’IC. En accord avec ces résultats, la surexpression de la PDE2 dans des cardiomyocytes sains, réduit l’augmentation des taux d'AMPc et l’amplitude du courant ICa,L et abolit l'effet inotrope positif suite à une stimulation β-adrénergique aiguë, sans affecter la contractilité basale. Plus important, les cardiomyocytes surexprimant la PDE2, montrent une protection contre les réponses hypertrophiques induites par la noradrénaline et contre les arythmies induites par l'isoprotérénol.En conclusion, ce travail met en évidence l'altération de la PDE2 dans l’IC et nous laisse suggérer que l’augmentation de la PDE2 dans l’IC peut constituer un mécanisme de défense important dans des conditions de stress cardiaque, notamment en antagonisant la suractivation de la voie β-adrénergique. Ainsi, l'activation de PDE2 myocardique peut représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique intracellulaire dans l’IC.
Origine : Version validée par le jury (STAR)