Créatine kinases et transferts d'énergie dans le myocyte cardiaque.

Abstract

Les créatine kinases (CK) catalysent le transfert réversible d’une liaison riche en énergie de la phosphocréatine à l’ADP. Elles sont codées par quatre gènes, deux pour les formes cytosoliques, deux pour les formes mitochondriales. Dans les cellules musculaires, le système créatine kinase qui comprend les isoformes libres et liées et leurs substrats créatine et phosphocréatine, remplit deux rôles différents : dans le muscle rapide, il maintient un niveau élevé de réserves à haute énergie, rapidement mobilisables, tout en contrôlant la concentration de l’ATP ; dans le muscle cardiaque et les muscles lents, le système assure, de plus, l’efficacité du transfert énergétique entre les lieux de production et les lieux d’utilisation. Si l’on invalide les gènes codant pour la CK cytoplasmique ou pour les deux formes, les souris ont des performances musculaires diminuées et augmentent les capacités oxydatives de leurs muscles. Dans tous les modèles animaux actuels de cardiomyopathie, l’expression et la compartimentation des créatine kinases sont altérées, empêchant, de ce fait, le myocarde malade de mobiliser sa réserve contractile.

This article is aimed at reviewing important aspects of the role of the creatine kinase (CK) system in cardiac muscle. CK is present in high activity in muscle cells and catalyses the reversible transfer of a phosphate moiety between phosphocreatine and ATP. Four genes encode two cytosolic isoforms (B and M) giving rise to three dimeric isoenzymes (MM, MB and BB) and two mitochondrial forms (one ubiquitous and one present mainly in striated muscles) which can form either dimers or octamers. The expression of these isoforms is tissue specific and developmentally-regulated. CK isoenzymes are compartmentalised within the cell where they fulfill functional and structural roles. In mitochondria, mi-CK is present on the outer face of the inner mitochondrial membrane and functionally coupled to oxidative phosphorylations. MM-CK is either free in the cytosol or bound to the myofilaments and the sarcoplasmic reticulum, close to the ATPases where it maintains a high ATP/ADP ratio, both kinetically and thermodynamically favouring ATPase activities. In muscles cells, the creatine kinase system including free and bound isoforms and their substrates creatine and phosphocreatine, may fulfill two main roles depending on muscle function and metabolism. In fast muscle, it mainly ensures efficient buffering of ATP and high energy reserve quickly mobilisable for contraction. In oxidative slow and cardiac muscle, mitochondrial, cytosolic and bound CKs ensure the efficiency of energy and signal transfer between the sites of energy production and the sites of energy utilisation as well as their cellular integration. Transgenic mice knocked-out for M or M and mitochondrial CK isoforms show reduced muscle performances, increased muscle oxidative capacities and altered calcium homeostasis. In each animal model or human cardiomyopathy studied so far, alterations in the expression and compartmentation of CK isoenzymes have been reported and appear related to the impairment of the diseased myocardium to mobilise its contractile reserve. [References: 37]