Ce projet de recherche est l'objet d'une collaboration avec deux équipes de l'INSERM¹ (Unités 99 et 296 localisées au Centre hospitalier universitaire Henri Mondor à Créteil).

Le calcium (Ca⁺⁺ ) joue un rôle essentiel dans la dynamique de contaction des cellules cardiaques : c'est au travers de son interaction avec les protéines contractiles (myosine-actine) que les cellules musculaires du cur (cardio-myocytes) se contractent et se rétractent ; c'est également le Ca⁺⁺ qui est le messager externe de l'entretien de cette dynamique.

Dans les cellules cardiaques, la dynamique du calcium est essentielle, voire critique, dans le métabolisme cellulaire et dans le phénomène de contraction. Ce phénomène implique de nombreux composants membranaires et compartiments intra-cellulaires. Dans les cardiomyocytes, une dépolarisation provoquée par stimulation électrique amène l'entrée de Ca⁺⁺ aux travers de canaux voltage dépendants de la membrane du sarcolème. Ce flux de Ca⁺⁺ induit l'ouverture de canaux Ca⁺⁺ (récepteurs ryanodines) du réticulum sarcoplasmique (RS) ; cette ouverture provoque un relargage du Ca⁺⁺ stocké dans le RS vers le compartiment cytosolique. La contraction, provoquée par les protéines contractiles, est déclenchée par l'augmentation du Ca⁺⁺ dans ce compartiment cytosolique. La relaxation des protéines suit la reprise du Ca⁺⁺ par les pompes à Ca⁺⁺ du RS (pompes SERCA) ou son expulsion de la cellule (essentiellement assurée par l'échangeur sodium-calcium).

Des modèles existent qui décrivent la gestion du Ca⁺⁺ par les composants cellulaires du cardiomyocyte. Ces modèles ne comportent pas de détermination satisfaisante des composants du RS (activité de la pompe et conductance des canaux ryanodines). De telles simplifications limitent les capacités prédictives de ces modèles en terme d'études pharmacologiques sur la dynamique du Ca⁺⁺ ainsi que sur la génération d'efforts dans la cellule.

Pour notre part, nous développons un modèle de la dynamique du Ca⁺⁺ dans la cellule cardiaque après avoir obtenu la détermination des paramètres du RS (activités respectives de la pompe SERCA et des canaux ryanodines). Nous avons déjà obtenu la détermination de ces paramètres à partir de mesures de la quantité de Ca⁺⁺ libre dans le RS (cf. le chapitre consacré aux résultats de nos recherches).

Ce projet doit permettre une meilleure compréhension des dynamiques cellulaires et également l'établissement d'un nouveau plan d'expérience basé sur les résultats de la modélisation. Les travaux actuels sont destinés à étendre le modèle : il apparaît nécessaire de prendre en compte l'ensemble des éléments cellulaires qui interviennent dans la dynamique du Ca⁺⁺ mais aussi l'ensemble des phénomènes où il intervient (contraction et signalisation) pour atteindre un nouveau degré d'adéquation entre résultats de simulation et résultats expérimentaux.