Orai1 calcium channel : new actor involved in cardiac pathophysiology

Alors que l’entrée SOC (store-operated Ca2+ entry) portée par les canaux calciques TRPCs (transient receptor potential canonical) et Orai1 est essentielle dans les cellules non-excitables, son rôle physiologique dans les cardiomyocytes adultes reste à élucider. Néanmoins, il est largement admis qu’une entrée SOC exacerbée dépendante des canaux TRPCs et de la protéine régulatrice STIM1 participe à la pathogenèse de l’hypertrophie et de l’insuffisance cardiaque (IC) par induction de voies pro-hypertrophiques telles que la CaMKII (Ca2+/calmoduline-dépendante kinase II ) et la calcineurine (CaN)/NFAT (Nuclear factor of activated T-cells). Au contraire, une inhibition fonctionnelle ou une extinction génique des canaux TRPCs et de la protéine STIM1 serait cardioprotectrice contre le stress hypertrophique. Cependant, le rôle physiopathologique des canaux calciques Orai1 dans le cœur reste, à ce jour, méconnu et débattu puisque son extinction in vitro présente un effet bénéfique contre l’hypertrophie des cardiomyocytes alors que son extinction in vivo présente des effets délétères avec le développement d’une cardiomyopathie dilatée. De plus amples investigations quant au rôle d’Orai1 dans la physiopathologie cardiaque apparaissent donc primordiales. De ce fait, les objectifs de ma thèse sont d’explorer le rôle de la signalisation calcique dépendante d’Orai1 dans le cœur dans des conditions physiologiques et pathologiques grâce à un modèle de souris transgéniques exprimant un mutant non fonctionnel d’Orai1, spécifiquement dans le cœur (dn-Orai1R91W/tTa) et un inhibiteur pharmacologique sélectif, le JPIII. Tout d’abord, nous montrons que les souris dn-Orai1R91W/tTa présentent une fonction cardiaque normale et une homéostasie calcique impliquée dans le couplage excitation-contraction conservée suggérant qu’Orai1 n’a pas de rôle majeur dans le coeur adulte en condition physiologique. Cependant, nous avons démontré une augmentation de l’expression et de l’activité d’Orai1 dans un modèle murin d’hypertrophie cardiaque induite par surcharge de pression, qui serait délétère pour la fonction ventriculaire. Au contraire, l’inhibition fonctionnelle d’Orai1 par manipulation génétique ou par l’outil pharmacologique (JPIII) semble protéger le coeur des dysfonctions ventriculaires au cours de l’hypertrophie. Cet effet bénéfique passerait par une restauration de l’homéostasie calcique et notamment par un maintien de l’expression de la pompe ATPase SERCA2a. Nous avons également mis en évidence que la voie de l’aldostérone/récepteurs aux minéralocorticoïdes modulait l’expression des canaux TRPC1, -C4, -C5 et notamment Orai1 via la protéine SGK1 (Serum and Glucocorticoid-regulated Kinase 1) dans les cardiomyocytes ventriculaires de rat nouveaux-nés. L’activation de cette voie de signalisation pourrait être à l’origine de la surexpression des canaux TRPCs/Orai1 retrouvée au cours de l’hypertrophie cardiaque. Ces travaux décrivent donc Orai1 comme une cible thérapeutique potentielle dans le traitement de l’hypertrophie cardiaque et de l’IC.While the SOCE (store-operated Ca2+ entry), carried by TRPCs (transient receptor potential canonical) and Orai1 channels, is essential in non-excitable cells, its physiological role in adult cardiomyocytes remains elusive. Nevertheless, it is well established that exacerbated TRPCs/STIM1-dependent Ca2+ entry participates in the pathogenesis of hypertrophy and heart failure (HF) via the induction of pro-hypertrophic signaling pathways, such as CaMKII (Ca2+/calmodulin-kinase II) and calcineurin (CaN)/ NFAT (nuclear factor of activated T-cells). By contrast, functional inhibition or gene silencing of TRPCs and STIM1 is cardioprotective against hypertrophic insults. As for Orai1 Ca2+ channels, their pathophysiological roles in the heart remain unknown and under debate, since in vitro Orai1 silencing has a beneficial effect against cardiomyocyte hypertrophy, whereas in vivo silencing has deleterious effects with the development of dilated cardiomyopathy. Further investigations are necessary to determine the pathophysiological role of Orai1 in the heart. My thesis objectives are to explore the role of Orai1-dependent Ca2+ signaling in the heart under physiological and pathological conditions using a transgenic mouse model expressing a non functional mutant of Orai1, specifically in the heart (dn-Orai1R91W/tTa) and a selective pharmacological inhibitor, JPIII. First, we showed that dn-Orai1R91W/tTa mice have normal cardiac function and conserved Ca2+ homeostasis involved in the excitation-contraction coupling suggesting that Orai1 is not instrumental in regulating cardiac function under physiological conditions. However, we demonstrated an increased Orai1 expression and activity in a mouse model of cardiac hypertrophy induced by pressure overload, which is a maladaptive alteration involved in pathological ventricular dysfunction. By contrast, functional inhibition of Orai1 by genetic manipulation or by the pharmacological tool (JPIII) protects the heart from ventricular dysfunction after pressure overload-induced cardiac hypertrophy. This beneficial effect is related to a restoration of Ca2+ homeostasis and more specifically, is due to preserved ATPase SERCA2a pump expression. We also showed that the aldosterone/mineralocorticoid receptor signaling pathway modulates the expression of TRPC1, -C4, -C5 channels and also the Orai1 channels expression via the SGK1 (Serum and Glucocorticoid-regulated Kinase 1) protein, in neonatal rat ventricular cardiomyocytes. The activation of this signaling pathway could be the cause of the TRPCs/Orai1 channels overexpression found during cardiac hypertrophy. In conclusion, our studies highlighted that Orai1 Ca2+ channels could constitute potential therapeutic target in the treatment of cardiac hypertrophy and HF