L’AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. La concentration de l’AMPc intracellulaire est régulée par les activités d'au moins deux familles d'enzymes: les cyclases et guanylyl cyclases, responsable de la synthèse de l'AMPc et du GMPc, et les phosphodiestérases (PDE) qui interviennent dans l’hydrolyse de l'AMPc et du GMPc.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 est une enzyme à double substrat qui hydrolyse à la fois l'AMPc et le GMPc et a la propriété unique d'être stimulée par le GMPc. Il a été récemment montré que la PDE2 du myocarde est augmentée dans l'insuffisance cardiaque humaine et expérimentale (IC), tandis que d'autres (par exemple PDE3 et PDE4) sont réduites. Cependant, les conséquences physiopathologiques de l'activité PDE2 renforcée dans le cœur sont inconnues.Dans ce contexte, nous avons généré des souris transgénique (TG) avec une surexpression spécifique cardiaque de l’isoforme PDE2A3 (souris PDE2 TG).Grace à l’utilisation de Western blot et de dosage radioenzymatique nous avons montré que l'AMPc cardiaque et l'activité PDE cGMP et l'activité spécifique de PDE2 sont fortement augmentées dans les PDE2 TG par rapport à des souris de type sauvage (WT).Le raccourcissement cellulaire, les transitoires calciques et le courant calcique de type L (ICa, L) ont été enregistrés dans les myocytes ventriculaires adultes de souris WT et PDE2 TG et l'isoprénaline (ISO) a été utilisée pour examiner et comparer la réponse β-adrénergique (β-AR) de ces paramètres. Nous avons montré que lors de la stimulation β-AR, la contractilité cellulaire, la transitoire Ca2+ et l’amplitude du courant ICa,L sont fortement diminués. En conséquence, la surexpression de la PDE2 dans les cardiomyocytes a réduit les taux d'AMPc et abolit l'effet inotrope après une stimulation β-AR aiguë. L'ECG mesuré par télémétrie chez la souris PDE2 TG a montré une réduction marquée de la fréquence cardiaque au repos ainsi que de la fréquence cardiaque maximale, tandis que le débit cardiaque a est entièrement préservé en raison d'une contractilité plus forte. Fait important, les souris TG PDE2 sont résistantes à des arythmies ventriculaires déclenchées et à des arythmies induites par isoprénaline.En conclusion, ce travail montre que PDE2 joue un rôle essentiel dans la régulation du couplage excitation-contraction cardiaque. La surexpression de PDE2 semble protéger les cardiomyocytes contre une stimulation excessive β-AR et réduit le risque d'arythmie lors de l'activation sympathique.L’activation de la PDE2 peut donc représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique et anti-arythmique subcellulaire dans l’insuffisance cardiaque. / Cyclic AMP (cAMP) and cyclic GMP (cGMP) are critical second messengers for the regulation of cardiac function. Intracellular cAMP concentration is regulated by the activities of at least two families of enzymes: adenylyl and guanylyl cyclases, responsible for cAMP and cGMP synthesis and cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) that mediate cAMP and cGMP hydrolysis.Among the PDE superfamily, PDE2 is a dual substrate enzyme that hydrolyzes both cAMP and cGMP and has the unique property to be stimulated by cGMP. It was recently showed that myocardial PDE2 is increased in human and experimental heart failure (HF), while other PDEs (e.g. PDE3 and PDE4) are reduced. However, the pathophysiological consequences of enhanced PDE2 activity in the heart are unknown.In this context, we generated a transgenic (TG) mouse with a heart specific overexpression of the PDE2A3 isoform (PDE2 TG mouse). Using immunoblotting and radioenzymatic assay we showed that total cardiac cAMP and cGMP PDE activity and specific PDE2 activity was strongly increased in PDE2 TG compared to wild type (WT) mice. Sarcomere shortening, Ca2+ transients and the whole L-type Ca2+ current (ICa,L) were recorded in adult ventricular myocytes from WT and PDE2 TG mice and isoprenaline (ISO) was used to examine and compare the β-adrenergic (β-AR) response of these parameters. We showed that upon β-AR stimulation, cell contractility, Ca2+ transient and ICa,L were severely blunted. Accordingly, PDE2 overexpression in cardiomyocytes reduced the cAMP levels and abolished the inotropic effect following acute β-AR stimulation. ECG telemetry in PDE2 TG mice showed a marked reduction in resting as well as in maximal heart rate, while cardiac output was completely preserved due to greater contractility. Importantly, PDE2 TG mice were resistant to triggered ventricular arrhythmias and to isoprenaline-induced arrhythmias.In conclusion, this work demonstrates that PDE2 plays a critical role in the regulation of cardiac excitation-contraction coupling. PDE2 overexpression appears to protect the cardiomyocytes against excessive β-AR drive and reduces the risk of arrhythmias during sympathetic activation. PDE2 activation may thus represent a new subcellular anti-adrenergic and anti-arrhythmic therapeutic strategy in HF.

L'AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. Leurs niveaux sont régulés par l’adénylate cyclase et la guanylate cyclase, respectivement, et par les phosphodiestérases (PDEs). Cependant, une telle régulation est altérée dans l'insuffisance cardiaque (IC). En effet, la diminution de la signalisation de l’AMPc et l’augmentation de celle du GMPc est caractéristique des cœurs défaillants.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 a la particularité d'être stimulée par le GMPc, conduisant ainsi à une augmentation remarquable de l'hydrolyse de l'AMPc. Ceci semble induire une interaction entre les voies de signalisation de l’AMPc et du GMPc. Cependant, le rôle de la PDE2 dans le cœur défaillant est très peu connu.Dans ce contexte, nous avons examiné si la PDE2 cardiaque est modifiée dans l’IC chez l’Homme et chez les modèles animaux d’IC, et déterminé le rôle de la PDE2 dans la signalisation β-adrénergique dans les cardiomyocytes. Grâce à l’utilisation de Western blot, de technique radioenzymatique, d’imagerie basée sur le FRET, de la planimétrie, de la microscopie à épifluorescence et des mesures du courant calcique de type L, réalisés sur les tissus myocardiques humains et/ou dans des cardiomyocytes isolés de cœurs des modèles animaux d’IC, respectivement, nous avons montré que l’expression et l’activité de la PDE2 sont augmentées dans les cœurs défaillants. Cette augmentation réduit l’effet d’une stimulation β-adrénergique aiguë, contribuant à la désensibilisation β-adrénergique observée dans l’IC. En accord avec ces résultats, la surexpression de la PDE2 dans des cardiomyocytes sains, réduit l’augmentation des taux d'AMPc et l’amplitude du courant ICa,L et abolit l'effet inotrope positif suite à une stimulation β-adrénergique aiguë, sans affecter la contractilité basale. Plus important, les cardiomyocytes surexprimant la PDE2, montrent une protection contre les réponses hypertrophiques induites par la noradrénaline et contre les arythmies induites par l'isoprotérénol.En conclusion, ce travail met en évidence l'altération de la PDE2 dans l’IC et nous laisse suggérer que l’augmentation de la PDE2 dans l’IC peut constituer un mécanisme de défense important dans des conditions de stress cardiaque, notamment en antagonisant la suractivation de la voie β-adrénergique. Ainsi, l'activation de PDE2 myocardique peut représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique intracellulaire dans l’IC. / Cyclic AMP (cAMP) and cyclic GMP (cGMP) are critical second messengers for the regulation of cardiac function. Their levels are regulated by adenylyl and guanylyl cyclases, respectively, and by cyclic nucleotides phosphodiesterases (PDEs). However, such regulation is altered in heart failure (HF). Indeed diminished cAMP- and augmented cGMP-signaling is characteristic of failing hearts.Among the PDE superfamily, PDE2 has the unique property to be stimulated by cGMP, thus leading to a remarkable increase in cAMP hydrolysis. This appears to mediate a negative cross-talk between cAMP- and cGMP signaling pathways. However, the role of PDE2 in the failing heart is only poorly understood.In this context, we investigated whether myocardial PDE2 is altered in human and experimental HF and determined PDE2 mediated effects on β-adrenoceptor (β-AR) signaling in cardiomyocytes. Using immunoblotting, radioenzymatic- and FRET-based assays, video-edge-detection, epifluorescent microscopy and L-type Ca2+ current measurements, performed in myocardial tissues and/or isolated cardiomyocytes from human and/or experimental HF, respectively, we showed that PDE2 is markedly upregulated in failing hearts. This reduces the effect of an acute β-adrenergic stimulation, and contributes to the β-adrenergic desensitization which is a characteristic feature in HF. Accordingly, PDE2 overexpression in healthy cardiomyocytes reduced the rise in cAMP levels and ICa,L amplitude and abolished the inotropic effect following acute β-AR stimulation, without affecting basal contractility. Importantly, PDE2-overexpressing cardiomyocytes showed marked protection from norepinephrine-induced hypertrophic responses and from isoproterenol-induced arrhythmias.In conclusion, this work highlights the alteration of PDE2 in HF and lets us assume that PDE2 upregulation in HF may constitute an important defence mechanism during cardiac stress, e.g. by antagonizing excessive β-AR drive. Thus, activating myocardial PDE2 may represent a novel intracellular anti-adrenergic therapeutic strategy in HF.

L'AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. Leurs niveaux sont régulés par l'adénylate cyclase et la guanylate cyclase, respectivement, et par les phosphodiestérases (PDEs). Cependant, une telle régulation est altérée dans l'insuffisance cardiaque (IC). En effet, la diminution de la signalisation de l'AMPc et l'augmentation de celle du GMPc est caractéristique des cœurs défaillants.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 a la particularité d'être stimulée par le GMPc, conduisant ainsi à une augmentation remarquable de l'hydrolyse de l'AMPc. Ceci semble induire une interaction entre les voies de signalisation de l'AMPc et du GMPc. Cependant, le rôle de la PDE2 dans le cœur défaillant est très peu connu.Dans ce contexte, nous avons examiné si la PDE2 cardiaque est modifiée dans l'IC chez l'Homme et chez les modèles animaux d'IC, et déterminé le rôle de la PDE2 dans la signalisation β-adrénergique dans les cardiomyocytes. Grâce à l'utilisation de Western blot, de technique radioenzymatique, d'imagerie basée sur le FRET, de la planimétrie, de la microscopie à épifluorescence et des mesures du courant calcique de type L, réalisés sur les tissus myocardiques humains et/ou dans des cardiomyocytes isolés de cœurs des modèles animaux d'IC, respectivement, nous avons montré que l'expression et l'activité de la PDE2 sont augmentées dans les cœurs défaillants. Cette augmentation réduit l'effet d'une stimulation β-adrénergique aiguë, contribuant à la désensibilisation β-adrénergique observée dans l'IC. En accord avec ces résultats, la surexpression de la PDE2 dans des cardiomyocytes sains, réduit l'augmentation des taux d'AMPc et l'amplitude du courant ICa,L et abolit l'effet inotrope positif suite à une stimulation β-adrénergique aiguë, sans affecter la contractilité basale. Plus important, les cardiomyocytes surexprimant la PDE2, montrent une protection contre les réponses hypertrophiques induites par la noradrénaline et contre les arythmies induites par l'isoprotérénol.En conclusion, ce travail met en évidence l'altération de la PDE2 dans l'IC et nous laisse suggérer que l'augmentation de la PDE2 dans l'IC peut constituer un mécanisme de défense important dans des conditions de stress cardiaque, notamment en antagonisant la suractivation de la voie β-adrénergique. Ainsi, l'activation de PDE2 myocardique peut représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique intracellulaire dans l'IC.