Role of l-type cav1.3 calcium channels and g ikach-activated potassium channels in cholinergic regulation of cardiac automatism
Rôle des canaux calciques de type l cav1.3 et des canaux potassiques activés par les protéines g ikach dans la régulation cholinergique de l'automatisme cardiaque
Résumé
Cardiac automaticity is generated in the sino-atrial node by specialized cardiomyocytes called "pacemaker" cells. Spontaneous activity is permanently controlled by the autonomic nervous system, which regulates its frequency. Sympathetic regulation is mediated by beta1/2 receptors and cholinergic regulation by acetylcholine (ACh)-dependent activation of M2 muscarinic receptors. M2 receptors are coupled to a Gi protein. When muscarinic receptors are activated, the beta gamma subunit directly activates GIRK1/4 channels thereby opening K+ IKACh current, whereas the alpha i subunit inhibits adenylate cyclase (AC) activity. Inhibition of AC decreases intracellular cAMP production affecting directly (via the cyclic nucleotide binding domain, CNBD, of HCN channels) or indirectly via protein Kinase A (PKA) the activity of voltage-gated ion channels involved in cardiac pacing, mainly HCN4 (underlying the If current) and L-type Ca2+ channels (ICa,L). Two isoforms of L-type Ca2+ channels are expressed in pacemaker cells of the sinus node: Cav1.2 and Cav1.3. However, only Cav1.3 channels are open at low diastolic voltages, thus providing an inward current during diastolic depolarization. L-type Cav1.3 channels are therefore a potentially important effector of cholinergic regulation of cardiac pacemaker activity.I have employed the patch-clamp technique, isolated Langendorff-perfused hearts and in vivo telemetric recordings of electrocardiogram to study the role of Cav1.3 and IKACh in cholinergic regulation of pacemaker activity. I found that concomitant ablation of ICaL carried by Cav1.3 and IKACh carried by GIRK1/4 prevents cholinergic regulation after beta-adrenergic stimulation. These data show strong functional interaction between Cav1.3 and GIRK1/4 in cholinergic regulation of pacemaking. In addition, we show that Cav1.3 and Cav1.2 are both sensitive to acetylcholine, however Cav1.3 display sensitivity to low doses while Cav1.2 to high doses.In conclusion, L-type Cav1.3 channels play an important role in cholinergic regulation of pacemaking together with GIRK1/4 underlying IKACh.
L’automatisme cardiaque est généré dans le nœud sino-atrial par des cardiomyocytes spécialisés appelés cellules « pacemaker ». Ces cellules sont douées d’une activité électrique spontanée qui est sous le contrôle de la régulation par le système nerveux autonome qui en régule sa fréquence. La régulation sympathique est médiée par les récepteurs beta1/2 et la régulation cholinergique par l'activation dépendante de l'acétylcholine (ACh) des récepteurs muscariniques M2. Les récepteurs M2 sont couplés à une protéine Gi. Une fois les récepteurs muscariniques activés, la sous-unité beta gamma active directement les canaux GIRK1/4 augmentant ainsi le courant K+ IKACh, tandis que la sous-unité alpha i inhibe l'activité de l'adénylate cyclase (AC). L'inhibition de l'AC diminue la production d'AMPc intracellulaire affectant directement (via le domaine de liaison des nucléotides cycliques, CNBD, des canaux HCN) ou indirectement via la protéine Kinase A (PKA) l'activité des canaux ioniques voltage-dépendants impliqués dans le pacemaking cardiaque, principalement HCN4 (responsable du courant If ) et les canaux Ca2+ de type L (ICa,L). Deux isoformes de canaux Ca2+ de type L sont exprimées dans les cellules du pacemaker du nœud sinusal : Cav1.3 et Cav1.2. Toutefois, seuls les canaux Cav1.3 sont ouverts à de potentiels de membrane diastoliques, fournissant ainsi un courant entrant pendant la dépolarisation diastolique. Les canaux de type L Cav1.3 sont donc un effecteur potentiellement important de la régulation cholinergique de l'activité du pacemaker cardiaque, mais leur rôle n’a pas été étudié directement.Les expérimentations, en patch-clamp et cœur isolé-perfusé, mais également par l’enregistrement d’électrocardiogramme in vivo par télémétrie a permis de mettre en évidence deux points importants. L’ablation concomitante de ICaL porté par Cav1.3 et de IKACh porté par GIRK1/4 empêche la régulation cholinergique de l’activité pacemaker après une stimulation beta-adrénergique. Ceci montre une interaction fonctionnelle entre Cav1.3 et GIRK1/4 dans la régulation cholinergique.Il est également apparu que les courants de type L portés par Cav1.3 et Cav1.2 sont tous les deux sensibles à l’Acétylcholine. Toutefois, Cav1.3 présente une sensibilité à de faibles doses tandis que Cav1.2 à de forte dose. Ce résultat suggère que les canaux Cav1.2 pourraient participer à la régulation cholinergique à tonus vagal élevé.En conclusion, les canaux Cav1.3 et GIRK1/4 jouent un rôle important dans la régulation cholinergique de l’automatisme cardiaque chez la souris.
Origine : Version validée par le jury (STAR)