Exemple de pathologie cardiaque: Le syndrome du QT long congénital

Transcription

1 Cours II Exemple de pathologie cardiaque: Le syndrome du QT long congénital H. Abriel 1 Département de Pharmacologie et Toxicologie, UNIL Service de Cardiologie, CHUV 4 mai 2004, Formation continue des laborantin(e)s en recherche

2 Plan du cours II Pathologie modèle: Syndrome du QT long congénital Histoire d un cas et description clinique du SQTL Excitabilité cardiaque (Rappel) Canaux ioniques et «patch-clamp» Mécanismes moléculaires et cellulaires du SQTL Investigations génétiques Investigations cellulaires Etudes animales 2

3 Un cas de syndrome du QT long congénital Jon N. Mettler, Webpublisher: Jon est né le 27 mars 1974 dans la ville de Bienne. A l âge de 17 ans, en hiver 1991, il fut confronté pour la première fois au syndrome du QT long. Lors d un camp de ski, il perdit connaissance à trois reprises. Puis, alors qu il était transporté à l hôpital de Coire, il fit un arrêt cardiaque. Après cet évènement dramatique, il fut investigué par les médecins jusqu au moment où on l informa de son diagnostique : il souffrait du syndrome du QT long congénital (SQTL). Rapidement, Jon se rendit compte que le SQTL était peu connu en Europe ; et, à la recherche d informations au sujet du SQTL, il atteint bientôt les limites. C est pour cette raison qu en 1997, Jon démarra le projet internet du «European Long QT Syndrome Information Center» (à présent QTsyndrome.ch), en équipe avec deux de ses amis (non atteint par le SQTL) et de son plus jeune frère. Les objectifs de QTsyndrome.ch sont de collecter et de dispenser des informations précises à propos de cette maladie. Jon est journaliste en économie et travaille pour la «Berner Zeitung», un des plus grands journaux en Suisse. Il pratique le Kendo, un art martial japonais. 3 Traduit du site le 30 avril 2004

4 ECG avec intervalle QTc prolongé à 507 ms / (ne doit pas dépasser 440 ms) intervalle QT prolongé 4

5 Electrophysiologie cellulaire (Rappel) 5

6 6 Couplage excitation-contraction (version 2)

7 7 Conduction électrique à travers les cellules cardiaques

8 Canaux ioniques et la technique du «patch-clamp» 8

9 Canaux ioniques Voltagedépendants Liganddépendants Les canaux ioniques sont des protéines membranaires qui permettent le passage des ions à travers la membrane cellulaire L ouverture et la fermeture de ces canaux sont régulées soit par la différence de voltage transmembranaire, soit par des ligands intraou extracellulaires 9

10 Appareillage de patch-clamp 10

11 Les configurations du patch-clamp Cellule attachée Cellule entière Quatre configurations: Cellule entière Cellule attachée Patch inside-out Patch outside-out inside-out 1 canal 11

12 12 Seal de la pipette avec la cellule

13 Voltage et Courant imposés Voltage-clamp = voltage imposé Mesures de courants courants sodiques de cardiomyocytes isolés de souris 5 na 2ms -80 mv 10 ms Current-clamp = courant imposé Mesures de différences de voltage potentiel d action cardiaque de cardiomyocytes isolés de souris 0 mv 50ms mv 0 pa

14 Bases ioniques du potentiel d action cardiaque (1) (2) Courants (0) (3) (4) 0 mv Transporteurs ioniques Na current Na v 1.5 (SCN5A) and β subunits 14 L-type Ca 2 current T-type Ca 2 current Na -Ca 2 exchange I To1 (4-AP sensitive) I To2 (Ca 2 activated) IKs IKr IK1 I Cl or IK p I K ATP/ACh Ca v 1.2 and auxiliary subunits Ca v 3.2 and auxiliary subunits Na -Ca 2 exchanger K v K v 7.1 (KCNQ1) and MinK (KCNE1) K v 11.1 (herg-kcnh2) and MirP1 (KCNE2) K ir 2.1 CFTR (Cl - ), K 2P family Le potentiel d action résulte des courants dépolarisants (en rouge IKur K v 1.5 entrants) et, ensuite, repolarisants (en bleu sortants) GIRK14 (I K-ACh ), K ir 6.2SUR1 (I KATP ) La durée du potentiel d action est déterminée par un l équilibre entre les courants dépolarisants et repolarisants

15 15 Canaux sodiques voltage-dépendants

16 Structure des canaux sodiques Les canaux sodiques sont formés par des protéines avec 24 segments transmembranaires (4x6 segments fortement homologues) Les segments S4 possèdent de nombreux acides aminés positifs 16 En microscopie électronique, les canaux ont la forme d une cloche

17 Activation et inactivation des canaux sodiques Repolarisation de la membrane, déplacement du segment inactivateur, et fermeture de la porte d activation (lent, plusieurs millisecondes) Extérieur Pore Vestibule externe Membrane dépolarisée Cytosol Porte d activation Segment inactivateur α-hélices sensibles au voltage Vestibule interne Canal Na fermé Canal Na ouvert Canal Na inactivé 17 Dépolarisation initiale de la membrane, mouvement des α-hélices sensibles au voltage, et ouverture du canal (<1ms) Retour des α-hélices sensibles au voltage dans la position de repos, et inactivation du canal ( ms)

18 Courants unitaires mesurés en patch-clamp F O I Patch «inside-out» ms 18

19 19 Syndrome du QT long congénital

20 Historique du syndrome du QT long congénital 1856: Meissner en Allemagne présente le premier cas de QT long congénital. Il décrit le cas d une fille sourde qui, suite à une émotion forte, perd connaissance et décède subitement. Les parents de la fille rapportent que deux de ses frères sont aussi décédés subitement. 1957: Jervell et Lange-Nielsen décrivent des cas d enfants sourds avec une prolongation de l intervalle QT et une histoire de morts subites dans la famille. 1964: Romano et Ward décrivent de manière indépendante des enfants avec une histoire de morts subites et une prolongation de l intervalle QT (sans surdité). 1980: Moss et Schwartz débutent un registre international de patients et familles avec un syndrome du QT long congénital : Identification et caractérisation des trois principaux gènes impliqués chez les patients avec un syndrome du QT long congénital. 2001: Publication du premier modèle murin porteur d une mutation humaine causant le syndrome du QT long congénital. 20

21 Syndrome du QT long congénital Causes génétiques (mutations familiales ou de novo) 7 différents gènes mutés Sous-unités de canaux ioniques -> canalopathies cardiaques génétiques Syndrome de Romano-Ward Syndrome de Jervell and Lange-Nielsen Dans env % des cas les gènes sont encore inconnus La pénétrance des phénotypes (cliniques et ECG) est très variable 21

22 Le syndrome du QT long provoque des arythmies malignes Potentiel d action cardiaque (1) (2) 0 mv (0) (3) (4) Torsades de pointes ECG de surface R P T Q S 22 Intervalle QT

23 Mécanismes du QT long congénital Normal SQTL 0 mv IK Mutations avec perte de fonction Courant Na Mutations avec gain de fonction 23 Type LQT-3

24 LQT-3: mutations de SCN5A Investigations génétiques 24

25 Trois mutations du gène SCN5A: SQTL type 3 I II III IV Y1795C NH 2 ΔKPQ et ΔQKP COOH 25

26 Mutation LQT-3 Y1795C 26 Rivolta I. et al, JBC 2001

27 Analyse de l ADN génomique des patients: Extraction de l ADN et PCR Sang complet (anticoagulé) Frottis de la muqueuse buccale Extraction de l ADN génomique Amplification par PCR des exons codants des gènes candidats Autres spécimens 27

28 28 Analyse de l ADN génomique des patients: HPLC dénaturante et séquencage

29 LQT-3: mutations de SCN5A Expression dans des cellules mammifères 29

30 Etudes des canaux sodiques dans les cellules HEK WT cdna Cellules HEK cdna ou muté X cdna X cdna Génération des mutations dans de l ADNc Transfection de l ADNc dans les cellules HEK Mesures en patch-clamp des courants WT et mutants 30

31 Expression dans les cellules HEK des canaux mutés WT Y1795C 5 ms Les canaux mutés s expriment normalement dans les cellules HEK et les propriétés biophysiques de ces courants peuvent être analysées en détails 31 Rivolta I. et al, JBC 2001

32 Mutation du canal sodique qui génère un courant persistant 1.0 ** WT 50 ms Y1795C courant persistant Persistent current (% of the peak current) WT Y1795C 32 La mutation Y1795C interfère avec l inactivation du canal sodique et génère un «courant persistant» Ce courant persistant, dans les cellules cardiaques, est un courant dépolarisant et ainsi il retarde la repolarisation du potentiel d action Le potentiel d action prolongé chez les porteurs de cette mutation est à l origine de la prolongation de l intervalle QT et des manifestations cliniques

33 Les canaux mutés restent ouverts plus longtemps Patch «inside-out» 33

34 Modèle animal: Souris porteuse d un gène mutant LQT-3 34

35 ECG de souris avec mutation LQT-3: ΔKPQ ECG mesurés chez des souris WT et porteuse de la mutation ΔKPQ 35

36 Potentiel d action de souris avec mutation LQT-3: ΔKPQ Mutant ΔKPQ WT Potentiel d action cardiaque mesuré en condition de cellule entière et en courant imposé 36

37 Courants persistants mesurés sur des myocytes de souris WT mutant 37

38 38 Tachycardie ventriculaire chez une souris LQT-3

39 Résumé et Conclusions Le SQTL est une maladie rare, mais aux conséquences dévastatrices En 2004, nous avons une compréhension des mécanismes pathologiques du SQTL (génétique, moléculaire, cellulaire et animal entier) Cependant, il n existe pas encore de traitements efficaces Le SQTL représente une «pathologie modèle» pour la compréhension des morts subites survenant lors de maladies cardiaques fréquentes 39