Régulations de l'activité et de la sélectivité ionique des canaux de fond à deux domaines P

Résumé du livre

Les canaux potassiques à deux domaines P (K2P) sont des canaux de fons. Ils interviennent notamment dans l’établissement du potentiel électrique de la membrane et participent à la repolarisation des cellules excitables. L’étude phénotypique de souris « knock-out » pour certains de ces canaux a mis en évidence leur implication dans la neuroprotection, la nociception, la dépression, la respiration et la sécrétion d’aldostérone. Depuis le clonage du premier canal K2P, de, de nombreuses études de structure-fonction ont permis d’élucider les principales propriétés électrophysiologiques et pharmacologiques de ces canaux. L’activité de ces canaux est sous le contrôle de nombreux stimuli tels que le PH, la température, l’étirement membranaire ou encore les lipides et les anesthésiques volatils. Durant ma thèse, j’ai étudié la régulation des canaux K2P par le PH extracellulaire. TREK1 et TREK2 sont des canaux très homologues tant en termes de structure que de propriétés fonctionnelles. L’étude comparative de la sensibilité de ces canaux à l’acidification du milieu extracellulaire a permis de montrer que ces deux canaux répondent de manière inverse à ce stimulus. Alors que Trek1 est inhibé par l’acidification, TREK2 est stimulé. Grâce à la mutagénèse, à l’électrophysiologie et à la modélisation structurale nous avons pu identifier les résidus responsables de cette réponse différentielle. Une histidine du domaine P1 conservée dans TREK1 et TREK2 se comporte en senteur de protons. Lorsque sa chaîne latérale est protonée en milieu acide, elle interagit avec des résidus chargés de la boucle P2-M4, ce qui dans le cas de TREK2 favorise l’ouverture de la porte externe alors qu’il la défavorise dans TREK1. La seconde étude aborde le fonctionnement et la régulation du canal TWIK1. En combinant biologie cellulaire, biologie moléculaire et électrophysiologie, nous avons identifié les mécanismes moléculaires à l’origine d’une faible expression de TWIJK1 dans les systèmes hétérologues et dans les tissus natifs. Nous avons établi que TWIK1 transitait rapidement à la membrane plasmique avant d’être internalisé par endocytose puis stocké dans un compartiment endosomal de recyclage. Cependant, même lorsqu’il est à la surface, TWIK1 ne produit que des courants de faible amplitude. L‘analyse structurale nous a permis d’identifier des résidus uniques qui favorisent un état fermé du canal. D’autre part, l’étude de la sensibilité au PH extracellulaire de TWIK1 a montré qu’il est d’abord activé par l’acidification puis subit ensuite un changement conformationnel lent qui altère sa sélectivité ionique en faveur du Na+. Le cana TWIK1 adressé à la membrane plasmique à partir d’endosomes dont le milieu intra-vésiculaire est acide est non sélectif et exerce une influence dépolarisante et excitatrice. Ce rôle inattendu de TWIK1 a été confirmé sur des cellules rénales et pancréatiques isolées à partir de souris TIWK1-/-. Il s’agit à notre connaissance de la toute première description d’une modulation physiologique de la sélectivité ionique d’un canal de fond.