Accueil B.Mol Gen T.P Web
La cellule musculaire lisse vasculaire (CMLV)
B- Mécanisme de la relaxation/contraction de la CMLV


3) Relaxation de la CMLV

3.1 Mécanisme de la baisse de Ca2+
3.1.1 Activation des SERCAs
3.1.1.1 Les SERCAs

3.1.1.2 Le phospholambane
3.1.1.3 Protéines Kinases (PKA et PKG)
3.1.2 Autres mécanismes impliqués dans la baisse de Ca2+

3 .2 Régulation de l’appareil contractile
3.3 Mécanisme de la relaxation
3.3.1 Déphosphorylation de la myosine par la MLCP
3.3.2 Prolongation de la phase de contraction

3.1 Mécanisme de la baisse de Ca2+

La baisse de Ca2+ a lieu, soit par expulsion du calcium intracellulaire à l’extérieur de la cellule, soit par recaptage du calcium intracellulaire dans le réticulum sarco-endoplasmique principalement via des ATPases dépendantes du Ca2+ : les SERCAs. L’expulsion du Ca2+ à l’extérieur de la cellule se fait par les mêmes mécanismes que ceux qui se trouvent impliqués dans le contrôle du taux basal de Ca2+ dans la CMLV (Fig. 1).

3.1.1 Activation des SERCAs

3.1.1.1 Les SERCAs

Les SERCAs sont codés par une famille de trois gènes SERCA 1, 2 et 3 donnant naissance après épissage alternatif à cinq isoformes régulées différemment selon les tissus et le stade du développement. Le gène SERCA 1 code deux isoformes exprimées différemment selon l’âge : la forme SERCA 1a est exprimée dans les fibres musculaires rapides chez l’adulte (Brandl et al., 1987) alors que la forme SERCA 1b est quant à elle exprimée chez le nouveau-né (Brandl et al., 1986 ; Brandl et al., 1987). Le gène SERCA 2 code lui aussi pour deux transcrits codés par épissage alternatif, et exprimés de façon spécifique en fonction du tissu. La forme SERCA 2a est exprimée fortement dans le cœur, dans certaines CML et notamment celles de l’aorte (MacLennann et al., 1985 ; Zarain-Herzberb et al., 1990). La forme SERCA 2b est beaucoup plus ubiquiste et est considérée comme un gène domestique (housekepping gene) (De la Bastie et al., 1988 ; Lytton et al., 1988 ; Lytton et al., 1989). La forme SERCA 3 est exprimée quant à elle dans des types cellulaires particuliers comme les cellules endothéliales, certaines cellules épithéliales et les plaquettes (Burck et al., 1989). Toutes les SERCAs partagent les mêmes propriétés générales : elles transportent deux ions Ca2+ par ATP hydrolysé. Les SERCA 2a et 2b sont exprimées dans les CMLV, cette isoforme, ainsi que la forme SERCA 1, est inhibée quand elle est liée à une protéine : le phospholambane (PLB).
 
 
Figure 7 : Mécanismes de la baisse de Ca2+ dans les CMLV. La phosphorylation du phosholambane (PLB) va lever l’inhibition du PLB sur les SERCAs. La phosphorylation est le fruit de l’action de protéines kinases (PK) dépendantes des nucléotides. Les PK vont également activer les canaux potassiques calcium dépendants (KCa), les canaux calciques voltage dépendants (CCVD), et la Ca2+ ATPase de la membrane plasmique.

3.1.1.2 Le phospholambane
 
Le phospholambane (PLB) est une protéine de 52 acides aminés qui est associée aux SERCAs à l’état déphosphorylé (James et al., 1989). Cette protéine peut être phosphorylée par différentes protéines kinases (PKA, PKC, PKG et Ca2+/Calmoduline kinase II : CaMK II). Dans son état déphosphorylé, elle a une forte affinité pour les SERCAs et sa liaison va provoquer une baisse de l’entrée de calcium dans le réticulum. Une fois phosphorylée elle va perdre son affinité avec les SERCAs et le transport du calcium va être accéléré (MacLennan et al., 1985).

3.1.1.3 Protéines Kinases (PKA et PKG)
 
La phosphorylation du phospholambane est un facteur important de la vasorelaxation. Beaucoup de vasorelaxants utilisent cette voie de phosphorylation après augmentation de l’AMPc ou du GMPc intracellulaire. Des études suggèrent que le GMPc est plus efficace pour faire baisser le calcium intracellulaire que l’AMPc au niveau des CML, ce qui peut être expliqué par une plus forte abondance des PKG dans ce type cellulaire, mais aussi par le fait que la PKG va avoir d’autres cibles que le PLB. Le taux d’AMPc de la CML peut être augmenté par activation d’une adénylyl cyclase (AC) ou par inhibition de l’activité d’une phosphodiesterase (PDE) ou les deux. Le GMPc est lui produit par action d’une guanylate cyclase (GC) soluble et va également être dégradé par les PDEs. L’activation de la GC est due à une hausse de monoxyde d’azote (NO) dans la cellule, qui peut être d’origine intra- ou extra-cellulaire.
Il existe deux types de PKA (type I et II) dont les quantités varient selon le tissu et l’espèce (Corbin et al., 1975). De même, il existe deux types de PKG qui diffèrent dans leur domaine régulateur (Tseng et al., 1997). Ces deux PK sont des sérine/thréonine kinases. Outre leur effet sur le PLB, les PK nucléotides dépendantes peuvent phosphoryler dans la CMLV le récepteur à l’IP3, les pompes calciques transmembranaires et la MLCK (Casnellie et al., 1980 ; Wu et al., 1998).

3.1.2 Autres mécanismes impliqués dans la baisse de Ca2+
 
La baisse de Ca2+ peut être due également à une augmentation de l’efflux de Ca2+ par stimulation des Ca2+ -ATPase de la membrane plasmatique (Popescu et al., 1985 ; Furukawa et al., 1988) ou de l’échangeur Na+/Ca2+ (Furukawa et al., 1991). La phosphorylation du R-IP3 par la PKG diminue la libération de Ca2+ du réticulum (Kuga et al., 1990 ; Komalavilas et Lincoln., 1994), et la production d’IP3 pourrait être inhibée (Hirata et al., 1990). La phosphorylation par la PKG diminue le relargage du Ca2+. Un autre mécanisme serait une hyperpolarisation provoquée par l’activation des canaux KCa par la PKG (Komori et Suzuki., 1987). Cette hyperpolarisation inhibe l’entrée des ions calcium via les canaux calciques voltage dépendants. Enfin, l’inhibition de l’entrée de Ca2+ extracellulaire (Lorenz et al., 1994) peut survenir par déphosphorylation des CCVDs par une protéine phosphatase A2, elle-même activée par une phosphorylation (McDonald et al., 1994). Tous ces mécanismes sont directement activés par phosphorylation par la PKA ou la PKG (Lincoln et al., 2001).
Tous ces mécanismes participent à la baisse de Ca2+ intracellulaire et à la relaxation (Woodrum et al., 2001). Cependant, de nombreuses études démontrent que l’augmentation des nucléotides cycliques dans la CMLV peut aboutir à une vasorelaxation sans modification de la concentration de Ca2+ intracellulaire (Woodrum et al., 2001) par des mécanismes de désensibilisation.

3.2 Régulation de l’appareil contractile
 
De même que des agonistes constricteurs sensibilisent l’appareil contractile, la désensibilisation est un phénomène possible. Différents travaux démontrent que la PKG active la MLCP. La PKG s’oppose à l’effet de la ROK en phosphorylant la sous-unité de liaison de la myosine de la MLCP ce qui l’active (Surks et al., 1999 ; Torrecillas et al., 2000). La phosphorylation directe de Rho par la PKG a également été évoquée (Sauzeau et al., 2000), ainsi que la phosphorylation de la télokine qui elle phosphorylerait ensuite la MLCP. Les PKA et les PKG phosphorylent la MLCK in vitro, ce qui a pour effet de diminuer l’affinité de la MLCK pour le complexe Ca2+/calmoduline (Fig. 6). Cet effet semble cependant négligeable in vivo et n’a pas d’effet sur l’activité de la MLCK. La protéine kinase II dépendante de la Ca2+/Calmoduline (CaMK II) peut en revanche phosphoryler la MLCK ce qui réduit son activité (Tansey et al., 1994). Cet effet pourrait être un rétro contrôle négatif pour inhiber l’activité de la MLCK dans le cas de forte hausse de Ca2+ (Pfitzer, 2001).
L’hypothèse actuelle en ce qui concerne la régulation des filaments fins implique la protéine HSP20 (heat shock Protein 20 kDa). La HSP20 est impliquée dans la contraction des CMLV et sa phosphorylation par la PKG induit et est nécessaire à la relaxation (Brophy et al., 1999 ; Beall et al., 1999).

3.3 Mécanisme de la relaxation
 
La MLCP (Myosin Light Chain Phosphatase) est très active dans les CML. Dès que la phosphorylation par la MLCK diminue, la MLCP va déphosphoryler la myosine. Cette baisse de l’activation de la MLCK est consécutive à la diminution du Ca2+ intracellulaire. Au niveau des CML, la baisse du taux de Ca2+ intracellulaire ne va pas provoquer immédiatement une relaxation. La CML a la particularité de rester pendant un certain temps dans un état contracté après un stimulus, même après l’arrêt de celui-ci. Cette particularité est encore une fois liée aux rôles fonctionnels des tissus musculaires lisses adaptés à des contractions musculaires prolongées.

3.3.1 Déphosphorylation de la myosine par la MLCP
 
La phosphatase spécifique de la chaîne légère (Myosin Light Chain Phosphatase ou MLCP) de la myosine va, en aval de la cascade de transduction, déphosphoryler cette protéine et ainsi inhiber les interactions myosine-actine. Cette MLCP est indépendante du Ca2+ pour son fonctionnement. Ainsi en présence d’une faible concentration de Ca2+, l’équilibre est en faveur de la MLCP alors que lors d’une hausse de Ca2+ , c’est l’activité de la MLCK qui prédomine.

3.3.2 Prolongation de la phase de contraction
 
Effectivement, la tension musculaire est maintenue même après la baisse de la concentration de Ca2+ et de la phosphorylation de la MLC (Barany et Barany, 1996). Deux mécanismes ont été proposés pour expliquer ce phénomène (Woodrum et al., 2001) :
Le premier est l’hypothèse de l’état " verrouillé " (latch-state) et la formation de latch-brigde c.a.d la formation de ponts " actine-myosine " alors que la myosine n’est plus phosphorylée (Hai et Murphy, 1988 ; 1989).
La deuxième hypothèse est plutôt centrée sur la modulation des différents filaments du cytosquelette. Les interactions protéiques entre les différentes molécules des filaments seraient régulées par l’état conformationnel des protéines constitutives et des changements conformationnels pourraient aboutir à la régulation des interactions actine-myosine. La protéine centrale de cette modulation serait la protéine HSP20.
A- Localisation, structure et fonction des CMLV
B- Mécanisme de la relaxation/contraction de la CMLV
C- Régulation de la contraction/relaxation de la CMLV
Bibliographie
1) Homéostasie du calcium intracellulaire : état basal
2) Contraction de la CMLV
3) Relaxation de la CMLV

 


[Haut de la page]


Stéphane Frayon, Carine Cueille, Roger Prat et Jean-Michel Garel
 
Dernières modifications : 28 juin 2005
Tous droits réservés - Biologie et Multimédia - Université Pierre et Marie Curie - UFR de Biologie