L’automatisme cardiaque est généré par un mécanisme fondamental partiellement compris et controversé, initié par des cardiomyocytes spécialisés dans le nœud sino-atrial (NSA). Ces cellules pacemaker (cNSA) présentent une phase spontanée de dépolarisation diastolique (DD), qui mène le potentiel de membrane de la fin de la repolarisation du potentiel d’action (PA) au seuil de déclenchement du PA suivant. Cette activité spontanée implique plusieurs canaux ioniques à la surface de la membrane plasmique et la dynamique calcique intracellulaire. Les cardiomyocytes contractiles du myocarde expriment majoritairement le canal calcique Cav1.2 tandis que les cNSA en expriment d’autres isoformes. Ce sont les canaux calciques de type L (LTCC) Cav1.3 et de type T (TTCC) Cav3.1, qui sont impliqués dans la DD. Les souris génétiquement modifiées pour Cav1.3 et/ou Cav3.1 ont des caractéristiques physiopathologiques et sont utilisées comme modèle d’étude des dysfonctions sinusales de l’homme. La cartographie optique du NSA isolé a permis de révéler une activité électrophysiologique intrinsèque altérée par les mutations. L’expérimentation en patch clamp et en imagerie calcique des cNSA isolées montrent que les mutations altèrent la mécanistique cellulaire du pacemaker. Le couplage de ces approches à l’utilisation d’outils pharmacologiques spécifiques a permis d’évaluer la contribution des différents éléments à cette mécanistique cellulaire et de préciser les controverses sur les fondements de l’automatisme cardiaque. Cette thématique de recherche présente des enjeux majeurs dans le domaine de la santé puisque les perspectives thérapeutiques et les stratégies pharmacologiques pour traiter les dysfonctions sinusales nécessitent une connaissance intégrale du mécanisme. / Heart automaticity is generated by a basic pacemaker mechanism not fully understood and still controversial. Pacemaker activity is initiated by specialized cardiomyocytes in the Sino-atrial node (SAN). The spontaneous phase of diastolic depolarization (DDP) characterizes SAN cells (SANc). This phase drives the membrane potential of SANc from the end of the repolarization to the threshold of the next action potential (AP). This spontaneous activity involves several ion channels on the plasma membrane and the intracellular dynamic of calcium. In terms of calcium channels, atrial and ventricular cardiomyocytes express mostly Cav1.2 whereas SANc express two additional isoforms. Specifically, in SANc are expressed Cav1.3 LTCC (L type Calcium channels) and the Cav3.1 TTCC (T type Calcium channels), which are activated during the DD. Genetically modified mice inactivated for Cav1.3, Cav3.1 and Cav1.3/Cav3.1 we generated and used as a models of study of human SAN dysfunctions. In particular, we highlighted the impairment of the pacemaker activity in these mice by optical mapping of the intact SAN, and by patch clamping and calcium imaging of isolated SANc. Coupling this approaches with pharmacological tools allowed us to evaluating the contribution of the various elements constituting to the pacemaker mechanism. This thematic of research presents major issues in terms of public health. Indeed, we need a better understanding of the pacemaker mechanism to develop pharmacological strategies against SAN dysfunction.

Les canaux de type T Cav3.2 sont des canaux calciques activés pour de faibles dépolarisations membranaires. Ils ont un rôle important dans la régulation de l’excitabilité neuronale, particulièrement dans les neurones des ganglions rachidiens dorsaux (DRG) où ils sont impliqués dans la transmission de la douleur. Il est établi que les canaux Cav3.2, natifs et recombinants, sont inhibés par de faibles concentrations de métaux divalents tels que le zinc et le nickel et qu’ils sont modulés par des agents oxydo-réducteurs. In vitro, la mutation ponctuelle de l’histidine 191 en glutamine (H191Q) diminue fortement la sensibilité du canal Cav3.2 pour ces différents composés et il est proposé que cette régulation joue un rôle physiologique. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier l’impact physiologique de cette modulation sur l’excitabilité neuronale et dans la perception de la douleur. Pour ce faire, nous avons généré une souris knock-in (KI) portant la mutation H191Q sur Cav3.2. L’étude électrophysiologique a été réalisée sur une population de neurones de DRG particulière : les cellules D-hair qui sont des mécanorécepteurs exprimant de grands courants Cav3.2. Nous avons validé que la sensibilité des canaux Cav3.2 neuronaux des souris KI est diminuée pour le zinc, le nickel et l’ascorbate. Nous montrons que cette régulation modifiée favorise une augmentation de l’excitabilité de ces neurones. Pour étudier l’impact de cette modulation in vivo, nous avons effectué des études comportementales. Les souris KI ne présentent pas de différence dans la perception de la douleur mécanique et thermique, ni dans l’hyperalgésie induite par l’inflammation et la neuropathie. Toutefois, dans le test à la formaline les souris KI montrent une réponse exacerbée dans la phase tardive. En résumé, nous décrivons ici un modèle animal original pour l’étude de la régulation metal/redox du canal Cav3.2 et identifions un rôle de cette modulation dans l’excitabilité des neurones D-Hair. Nos résultats obtenus in vivo indiquent cependant que cette modulation des canaux Cav3.2 aurait un impact limité dans les voies de la douleur. / Cav3.2 T-type channels are low-voltage activated calcium channels. They have an important role in the regulation of neuronal excitability, particularly in neurons of the dorsal root ganglia (DRG) where they are involved in pain transmission. It is established that Cav3.2 channels are inhibited by low concentrations of divalent metals such as zinc and nickel, and are modulated by redox agents. In vitro, the histidine191-to-glutamine mutation (H191Q) greatly reduces the Cav3.2 channel sensitivity to these compounds and it is proposed that this regulation plays a physiological role. The objective of this thesis was to study the physiological impact of this modulation on neuronal excitability and pain perception. To do this, we generated a knock-in (KI) mouse carrying the H191Q mutation on Cav3.2. Electrophysiological study was carried out on a particular population of DRG neurons, the D-hair cells, which are mechanoreceptors that express large Cav3.2 currents. We show that the sensitivity to zinc, nickel and ascorbate of the neuronal Cav3.2 channels is significantly reduced in the KI mouse. We also show that this modified regulation promotes an increase in the excitability of these neurons. To study the impact of this modulation in vivo, we performed behavioral studies. KI mice show no difference in the perception of mechanical and thermal pain, nor in hyperalgesia induced by inflammation and neuropathy. However, KI mice show an exaggerated response in the late phase in the formalin test. In summary, we describe here an original animal model to study the metal/redox regulation of Cav3.2 channel and identify a role of this modulation in the excitability of D-Hair neurons. Our results indicate, however, that this modulation of Cav3.2 channel may have a limited impact in the pain pathways.