Ca2+ signaling pathways involved in response to stretch in pulmonary arteries. Implication in pulmonary hypertension
Les voies de signalisation calciques impliquées dans la réponse à l’étirement dans les artères intrapulmonaires. Modifications dans l’hypertension pulmonaire
Résumé
Pulmonary hypertension (PH) is the main disease of the pulmonary circulation. This pathology ischaracterized by an increase of the intrapulmonary arterial (PA) pressure at rest (> 25 mmHg). This pressureexerts stretch forces on pulmonary arterial smooth muscle cells (PASMC). Stretch-activated channels (SAC)are present in PASMC and are able to transform a mechanical stimulus of stretch into a biological responseof contraction, a phenomenon called myogenic tone. Ca2+ is a second messenger that can be mobilizedfrom both the extracellular medium and intracellular Ca2+ stores. An increase of the intracellular Ca2+concentration ([Ca2+]i) leads to PASMC contraction. Using patch-clamp, microspectrofluorimetry,immunostainings and a pharmacological approach, we highlight Ca2+ signaling pathways induced by stretchin PASMC. Experiments were performed in normal rats and in two models of PH (chronically hypoxic ratsand monocrotaline rats). We showed that in normal rats a stretch induces a Ca2+ influx through SAC whichis amplified by (1) a plasma membrane hyperpolarization by BKCa channels and (2) a Ca2+ amplification bysubplasmalemnal ryanodine receptor 1 (RyR) of the sarcoplasmic reticulum (SR). Besides, mitochondria areinvolved in buffering cytoplasmic Ca2+. In PH rats, the Ca2+ influx by SAC and the Ca2+ release by RyR areenhanced due to a reorganization of intracellular Ca2+ stores. Furthermore, a functional associationbetween SR and caveolae conduce to a much greater amplification of the stretch-induced Ca2+ increase inPH rats. Finally, we showed that the mechanosensitive channel Piezo1 is expressed in PA. To conclude, thespatial organization of Ca2+ stores in PASMC is important for cell signaling and plays a casual role in PH.
L’hypertension pulmonaire (HTP) est la principale pathologie de la circulation pulmonaire. Elle secaractérise par une augmentation maintenue de la pression dans les artères intrapulmonaires (AIP) (> à 25mmHg au repos). Cette pression exerce des forces d’étirement au niveau des cellules musculaires lisses desartères intrapulmonaires (CML d’AIP). Au niveau des CML, des canaux mécanosensibles appelés des SAC(« stretch-activated channels ») permettent de transformer un stimulus mécanique d’étirement en uneréponse biologique de contraction : c’est le tonus myogénique. Le Ca2+ est un second messager cellulairequi peut être aussi bien mobilisé depuis le milieu extracellulaire que depuis les réserves calciquesintracellulaires. Une augmentation de sa concentration cytoplasmique induit la contraction des CML. Grâceà des techniques de patch-clamp, de microspectrofluorimétrie, d’immunomarquages et à une approchepharmacologique, nous avons mis en évidence les voies de signalisations calciques qui sont mises en placeà la suite d’un étirement des CML d’AIP. Les expériences ont été réalisées à la fois chez des rats normaux etsur deux modèles de rats présentant une HTP (rats hypoxique chroniques et rats monocrotalines). Lesrésultats montrent que chez les rats normaux un étirement induit un influx de Ca2+ par les SAC. Cet influxcalcique est amplifié par (1) une hyperpolarisation de la membrane plasmique via l’activation de canauxBKCa, (2) une sortie de Ca2+ par les récepteurs à la ryanodine de type 1 (RyR1) du réticulum sarcoplasmique(RS) sous-membranaire. Afin de rétablir l’homéostasie calcique, les mitochondries tamponnent le Ca2+cytosolique. Chez les rats souffrant d’HTP, l’influx de Ca2+ par les SAC et l’amplification calcique par les RyRsont plus importants. Cette amplification est due à une réorganisation des réserves calciquesintracellulaires, notamment chez les rats monocrotalines. De plus, une association fonctionnelle entre lesréserves calciques du RS et les cavéoles conduit à des réponses calciques plus importantes après unétirement chez les rats HTP. Enfin, nous avons mis en évidence la présence de canaux mécanosensiblesPiezo1 dans les AIP de rats. En conclusion, l’organisation spatiale des partenaires calciques au sein des CMLd’AIP est importante pour la signalisation cellulaire et joue un rôle majeur dans l’HTP.
Origine : Version validée par le jury (STAR)