Regulation of intracellular free calcium in heart and vascular smooth muscle by drugs and hormones

Résumé: La contraction du muscle excitable, comme le muscle cardiaque et le muscle lisse vasculaire, dépend surtout de l'entrée du Ca2+ à l'intérieur de la cellule (ou la libération du [Ca]i) via des canaux voltages dépendants (de type T ou L) ou des canaux opérés par récepteurs. Le but de cette étude est de vérifier si certaines hormones comme l'insuline, l'endotheline-1 et la bradykinine augmentent le [Ca]i des cellules cardiaques et vasculaires via la stimulation des canaux calciques par un mécanisme qui est indépendant de l'activation des récepteurs. De plus, on a étudié les effets d'un agent pharmacologique, le BRL 34915, un ouvreur des canaux KATP afin de vérifier l'hypothèse que certains canaux Ca2+ dépendants du voltage peuvent être modulés indirectement par une hyperpolarisation de la membrane cellulaire. En utilisant la méthode de mesure du [Ca]i à l'aide de fura-2, nous observons au repos que le [Ca]i dans les cellules cardiaques de l'embryon de poulet, ainsi que dans les cellules du foetus humain âgé de 10 à 20 semaines et également les cellules aortiques du lapin, est près de 100 nM. La dépolarisation de la membrane de ces cellules avec du 30 mM du [K]o induit une augmentation rapide transitoire du [Ca]i, qui est suivie par une composante soutenue. L'augmentation transitoire de [Ca]i par 30 mM de [K]o est bloquée par des antagonistes des canaux calciques de type L tel la nifédipine. La composante calcique soutenue est insensible à plusieurs bloqueurs calciques comme la nifédipine et la vérapamil. Par contre, cette composante soutenue est bloquée par l'EGTA et le bloqueur calcique le PN200-110. L'ouvreur des canaux KATP, le BRL, diminue le [Ca]i induit par une haute [K]o. L'insuline et l'ET-1 induit surtout une augmentation soutenue du [Ca]i. Par contre la bradykinine induit une composante rapide transitoire suivie par une augmentation soutenue. L'effet de l'ET-1 sur la composante soutenue est insensible à l'antagoniste réceptoriel de type ET-A le BQ123. L'antagoniste du récepteur B1 de la bradykinine ainsi que la caféine diminuent la composante calcique transitoire sans affecter la composante soutenue induite par la bradykinine. En utilisant la méthode du "patch clamp" en configuration d'une cellule entière, le BRL 34915 augmente un courant sortant retardé et hyperpolarise la membrane. Par contre, l'insuline et l'ET-1 n'affectent pas le courant K+ sortant retardé et les courants calciques de type T et L. La bradykinine n'affecte pas non plus le courant K+ mais elle augmente les courants Ca2+ de type T et L. Ces résultats suggèrent que l'augmentation du [Ca]i par un agoniste dans les cellules cardiaque et vasculaire peut être médiée via la stimulation d'un récepteur, ou via un mécanisme qui est indépendant du récepteur.||Abstract: The contraction of excitable cells such as cardiac and vascular smooth muscle cells depend mainly on the entry of Ca2+ via voltage dependent Ca2+ channels (VOC) or receptor operated Ca2+ channels (ROC). The aim of this work is to verify if some hormones such as insulin, ET-1 and bradykinin increase [Ca]i in single cells of chick embryos, human fetuses, and rabbit aortic single cells via mechanisms that are receptor independent. Also, we studied the effect of a KATP channel opener (BRL 34915) in order to verify the hypothesis that [Ca]i could be modulated indirectly by this substance via increasing a delayed outward K+ current and hyperpolarization of the cell membrane. Using the fura-2 Ca2+ measurement technique, the intracellular free Ca2+ of our three different preparations was near 100 nM. Depolarization of the membrane of both heart and VSM cells with continuons superfusion of 30 mM [K]o induced a rapid transient increase of [Ca]i that was followed by a sustained component. The early transient increase of [Ca]i by high [K]o was blocked by the L-type Ca2+ channel antagonist nifedipine. However, the sustained component was found to be insensitive to this drug. PN200-110 another L-type Ca2+ blocker was found to decrease both the early and sustained increase of [Ca]i induced by sustained depolarization. Insulin and ET-1 produced a dose dependent sustained increase of [Ca]i that was blocked by PN200-110 or by lowering the [Ca]o with EGTA. However, bradykinin induced both a transient and sustained increase of [Ca]i. The transient increase of [Ca]i by bradykinin was decreased in presence of caffeine and the bradykinin B1 receptor antagonist. However, the sustained increase of [Ca]i induced by ET-1 or bradykinin was insensitive to ET-1 or bradykinin receptors antagonists. Using the whole-cell voltage clamp technique, only BRL 34915 was found to increase a delayed outward K+ current and hyperpolarize the cell membrane. Bradykinin, but not insulin or ET-1, increased both T and L- type ICa. These results suggest that the early increase of [Ca]i by a hormone could be mainly due to stimulation of L (and T-) type Ca2+ channels and seem to be mediated via receptor dependent mecanism. However, the sustained increase of [Ca]i by a hormone could be due to stimulation of a Ca2+ channel via mechanism that is receptor independent. Also, voltage dependent Ca2+ channels could be indirectly mediated by channels that modulate the resting membrane potential