Role of calcium handling in the genesis and regulation of heart pacemaker activity

Les pathologies du nœud sino-atrial provoquent un dysfonctionnement intrinsèque de l'automaticité de ce tissu. La maladie, l'âge ou une anomalie génétique peuvent être la cause d'un dérèglement de la fréquence cardiaque associé à la bradycardie ou la dysfonction atrio-ventriculire. Sans intervention médicale cette pathologie peut conduire à l'arrêt cardiaque. Les pathologies touchant le sinus sont fréquentes, avec une occurrence accrue dans la population âgée. Ainsi, avec le vieillissement des populations occidentales il devient primordial de mieux comprendre les mécanismes générant l'activité automatique du cœur. Les nombreuses études déjà réalisées dans ce domaine ont conduit à une forte controverse entre deux modèles explicatifs des mécanismes pacemaker. Dans ce contexte, j'ai étudié au cours de cette thèse le rôle joué par les canaux calciques Cav1.3 dans la génération de l'activité pacemaker. Afin de distinguer et expliquer le rôle des différents canaux ioniques impliqués dans le mécanisme pacemaker nous avons utilisé une combinaison d'outils pharmacologiques et plusieurs souches de souris transgéniques dont les gènes impliqués dans l'activité pacemaker étaient inactivés ou leur fonction modifiée. Dans le but de constituer un nouveau cadre d'interprétation du mécanisme pacemaker, plusieurs approches expérimentales ont été utilisées. L'activité pacemaker a été étudié dans 3 systèmes au niveau de complexité croissant: des cellules sino-atriales isolées, des tissus sino-atriales entiers et des animaux vivants. Ces différentes approches ont permis d'obtenir des résultats probants et ouvrent la voie à une meilleure compréhension de l'automaticité. En conclusion de cette thèse, nous proposons un cadre intégratif des modèles préexistants, dans lequel les canaux de la membrane cytoplasmique et les libérations de calcium interagissent pour générer un mécanisme pacemaker complexe.The “sick sinus syndrome” has been defined as an intrinsic dysfunction of the heart Sino-atrial node to perform its pacemaking function. Disease, ageing, or gene defects may cause sinus dysfunctions, ranging from rhythm disturbance to bradycardia, sinus pauses, sinus arrest, and arrhythmias. Without medical intervention these dysfunctions can result in heart block. Sick sinus syndrome is a common pathology, with an increased penetration in the elder population. In the light of the actual increase of elderly in western population, a better comprehension of the mechanism generating spontaneous automaticity appears fundamental. Several investigations have been already carried out in the field of automaticity, leading to a heated controversy between two models of the pacemaker mechanism. In the light this controversy, we investigated the role of Ca2+ channels in generating pacemaker activity. In order to discern and explain the roles of different ion channel actors already implicated in the complex pacemaker machinery we used a combination of pharmacological tools and a variety of transgenic mice. These mice present genetic inactivation or modification in genes involved in pacemaker activity. Furthermore, to provide a new framework for interpreting the pacemaker mechanism, different experimental approaches have been employed. Pacemaker activity was studied in three systems with increasing complexity: isolated sino-atrial cells, intact sino-atrial tissues and in freely-moving animals. These systems led us to consistent conclusions and will pave the way to a better understanding of pacemaking. In particular, we propose an integrative framework for bridging current models in a common mechanism where both, membrane channels and Ca2+ release interact generating a complex pacemaker machinery