Cardiomyocyte

Définition

Un cardiomyocyte est la cellule responsable de la contraction du coeur. Les myocytes cardiaques utilisent un réseau complexe de protéines contractiles et de transporteurs d'ions pour ce travail, dans le but principal d'exécuter efficacement le cycle de contraction-relaxation.

Les cardiomyocytes sont des cellules musculaires striées uninucléées que l'on trouve exclusivement dans le muscle cardiaque. Une caractéristique cellulaire et physiologique unique des cardiomyocytes sont des disques intercalés, qui contiennent des adhérences cellulaires telles que des jonctions lacunaires, pour faciliter la communication cellule-cellule.

Les cardiomyocytes de mammifère et de poisson :

Représentation schématique indiquant les localisations de jonction adhérentes et les arrangements de cardiomyocytes dans le ventricule de mammifère et de poisson. Notez que les cardiomyocytes de mammifères sont de forme plus rectangulaire et souvent reliés aux deux pôles par des jonctions adhérentes spécialisées (zone composite, aire composite). Les bandes Z sont attachées aux costamères latéraux. En revanche, les cardiomyocytes de poisson sont allongés et en forme de fuseau et, pour la plupart, reliés latéralement par des desmosomes et des jonctions adhérentes. Les bandes Z de deux cardiomyocytes voisins sont souvent directement reliées par des jonctions adhérentes.

Explications

Les cardiomyocytes cessent la division cellulaire immédiatement après la naissance et on pense qu'ils s'adaptent ensuite aux exigences imposées au coeur en subissant une hypertrophie sans division cellulaire.

La recherche a affirmé que des changements structurels et fonctionnels dans les cardiomyocytes (CM) interviennent avec l'âge, suivis de changements indésirables dans le coeur qui peuvent être anatomiques ou fonctionnels. Différentes voies de signalisation ont été attribuées à ces altérations. Ces voies de signalisation conduisent souvent à une fonction réduite des CM ou parfois à une perte pure et simple de ces cellules. Une compréhension plus précise des fondements moléculaires qui régissent ces événements en cascade peut prouver une connaissance indispensable sur la façon dont les CM changent pour le meilleur ou pour le pire avec l'âge.

Cardiomyogenèse

La formation de nouveaux cardiomyocytes peut exister principalement à partir de la différenciation du pool de cellules souches et progénitrices résidentes et de la dédifférenciation des cardiomyocytes préexistants.

Ce deuxième mécanisme est considéré comme fonctionnellement insignifiant, comme en témoignent un certain nombre d'études. Chez les animaux vertébrés inférieurs, la dédifférenciation et la prolifération des cardiomyocytes sont les principaux mécanismes de régénération cardiaque. Une plasticité considérable est observée dans le cas des cardiomyocytes postnatals de mammifères.

La reprogrammation épigénomique (par exemple, la méthylation) est le principal mécanisme responsable de la dédifférenciation des cardiomyocytes. Les gènes qui maintiennent la structure et la fonction cardiaques peuvent perdre leur expression, adaptant ainsi un mécanisme différent de la réentrée dans le cycle cellulaire

Hypertrophie myocardique et régénération

L'hypertrophie et la prolifération des cardiomyocytes représentent des réponses biologiques adaptatives du coeur de mammifère adulte à des stimuli physiologiques et pathologiques. Selon la nature de la charge hémodynamique, la réponse hypertrophique qui s'ensuit des cardiomyocytes conduit à un schéma concentrique ou excentrique de croissance cardiaque.

Les cardiomyocytes en prolifération sont répandus pendant l'embryogenèse du coeur des mammifères et pendant une brève période peu après la naissance. Au cours du développement postnatal, un nombre modeste de cardiomyocytes cyclés persistent dans le coeur et participent au renouvellement cardiaque. En réponse aux lésions ischémiques, le pourcentage de cardiomyocytes en cycle est encore augmenté et détecté principalement dans la région péri-infarctus/infarctus. Une question controversée dominante de la biologie cardiaque concerne la source des cardiomyocytes cycliques dans le coeur des mammifères adultes. La perturbation génétique et l'exposition à divers stimuli ont révélé que les cardiomyocytes préexistants peuvent réintégrer le cycle cellulaire. Le coeur de mammifère adulte abrite également des populations distinctes de cellules progénitrices/souches multipotentes capables de se différencier en une lignée de cardiomyocytes.

L'étude des phénotypes cellulaires et moléculaires de l'hypertrophie cardiaque physiologique et pathologique permettent d'avancer la thèse selon laquelle le renouvellement cardiaque au cours du vieillissement physiologique et suite à un infarctus du myocarde est attribué à la prolifération de cardiomyocytes préexistants et à la différenciation des cellules progénitrices/souches résidentes.

Développement cardiaque et capacité adulte

L'entrée du cycle cellulaire des cardiomyocytes est extrêmement rare chez les mammifères adultes, une étude identifiant un seul cardiomyocyte ventriculaire murin sur 180 000 subissant une synthèse d'ADN (0,0006 %) au cours de 36 h. La synthèse d'ADN cardiomyocytaire a été mesurée après cautérisation focale du myocarde dans la même étude, et un indice de prolifération légèrement supérieur de 0,0083 % a été observé. Même après l'entrée dans le cycle cellulaire des cardiomyocytes, un événement supplémentaire de cytokinèse serait nécessaire pour générer de nouvelles cellules contractiles. Il s'agit en effet d'un obstacle, étant donné que contrairement aux cardiomyocytes de poisson zèbre, un pourcentage élevé (∼ 75 %) des cardiomyocytes de souris adultes sont binucléés. Cependant, même si des événements rares d'entrée dans le cycle cellulaire interviennent, cela suggère qu'il existe une possibilité d'améliorer un processus naturel.

De nombreuses études ont tenté de contourner les obstacles à la prolifération des cardiomyocytes de mammifères adultes in vitro ou in vivo par l'introduction expérimentale d'effecteurs potentiels cellulaires autonomes ou paracrines. Une étude récente a examiné les effets de l'expression transgénique continue de l'activateur du cycle cellulaire cycline D2 spécifiquement dans les cardiomyocytes. Cette manipulation a contribué à l'amélioration de la fonction cardiaque après l'infarctus du myocarde, un effet attribué à plus de myocarde et moins de tissu cicatriciel dans les coeurs transgéniques. Le résultat suggère, comme chez le poisson zèbre, que la prolifération des cardiomyocytes peut être suffisante pour surpasser le processus de cicatrisation chez les mammifères. Dans une deuxième étude, Bersell et ses collègues ont découvert que la neuréguline1 (NRG1) favorise la prolifération de cardiomyocytes mononucléés différenciés en culture cellulaire. Suite à une lésion MI chez la souris, l'injection de NRG1 pendant 12 semaines a amélioré la fonction cardiaque telle que mesurée par la fraction d'éjection et a diminué la taille de la cicatrice de 46 %. Cette fonction améliorée a été corrélée à une augmentation de 4,4 fois des indices de prolifération des cardiomyocytes, qui devrait se traduire par environ 700 000 nouveaux cardiomyocytes après 15 semaines de traitement. Ce groupe a également visualisé des cardiomyocytes en prolifération et trouvé des preuves qu'ils désassemblent leurs sarcomères pour faciliter la cytokinèse.

Qu'un facteur sécrété puisse être ajouté de manière systémique pour renforcer une réponse de régénération cardiaque est une idée séduisante. Il sera important de comprendre quels cardiomyocytes répondent favorablement à NRG1 et de concilier ses effets hyperplasiques apparents avec ses effets hypertrophiques rapportés.

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