Canaux de chlorure | Anne Marie

Aperçu: Les canaux de chlorure sont un groupe fonctionnellement et structurellement diversifié de canaux sélectifs des anions impliqués dans des processus comprenant la régulation de l’excitabilité des neurones, du muscle squelettique, cardiaque et lisse, la régulation du volume cellulaire, le transport du sel transépithélial, l’acidification des compartiments internes et extracellulaires, le cycle cellulaire et l’apoptose (revue par Nilius et Droogmans, 2003). À l’exclusion des récepteurs GABA et glycine à déclenchement émetteur (voir tableaux séparés), les canaux chlorurés bien caractérisés peuvent être classés comme certains membres de la sous-famille des ClC sensibles à la tension, des canaux activés par le calcium, des canaux à haute (maxi) conductance, du régulateur de conductance transmembranaire de la fibrose kystique (CFTR) et des canaux à régulation de volume (Verkman et Galietta, 2009). Il n’existe aucune recommandation officielle concernant la classification des canaux chlorés. Les canaux chlorures fonctionnels qui ont été clonés à partir de tissus de mammifères ou caractérisés à l’intérieur de ces tissus sont répertoriés.

ClC-famille : La famille CLC des mammifères (revue par Nilius et Droogmans, 2003; Chen, 2005; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008) comprend neuf membres répartis en trois groupes : ClC-1, ClC-2, hClC-Ka (rClC-K1) et hClC-Kb (rClC-K2); ClC-3 à ClC-5, et ClC- 6 et -7. Les ClC-1 et ClC-2 sont des canaux chlorhydriques de la membrane plasmique, tout comme les ClC-Ka et ClC-Kb (largement exprimés dans le rein) lorsqu’ils sont associés à la barttine (ENSG00000162399), une protéine de 320 acides aminés 2TM (Estévez et al., 2001). La localisation de CIC-3, ClC-4 et ClC-5 est susceptible d’être principalement intracellulaire, et des rapports récents indiquent que ClC-4, ClC-5 et ClC-7 (et par inférence ClC-3 et ClC-6) fonctionnent comme des anti-transporteurs Cl-/H+, plutôt que comme des canaux Cl-classiques (Picollo et Pusch, 2005; Scheel et al., 2005; Graves et coll., 2008; examiné par Miller, 2006; Pusch et coll., 2006). Une localisation intracellulaire a été démontrée pour la ClC-6 et la ClC-7 (revue par Jentsch, 2008). L’épissage alternatif augmente la diversité structurelle au sein de la famille ClC. La structure cristalline de deux canaux ClC bactériens a été décrite (Dutzler et al., 2002). Chaque sous-unité ClC, avec une topologie complexe de 18 segments intramembranaires, contribue à un seul pore à un canal ClC dimérique à double barillet qui contient deux pores indépendants, confirmant les prédictions des études fonctionnelles et structurelles précédentes (examiné par Chen, 2005; Pusch et al., 2006; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008). Comme pour ClC-4, ClC-5 et ClC-7, l’homologue procaryote du ClC (ClC-ec1) fonctionne comme un antiporter H+/Cl, plutôt que comme un canal ionique (Accardi et Miller, 2004).

Les canaux ClC affichent la séquence de perméabilité Cl-> Br-> I- (à pH physiologique); pour ClC-3 I-> Cl- a également été revendiqué. La ClC-1 a une probabilité d’ouverture significative au potentiel membranaire au repos, représentant 75% de la conductance membranaire au repos dans le muscle squelettique, et est importante pour la stabilisation du potentiel membranaire. Le S-(-) CPP, l’A-9-C et l’acide niflumique agissent de manière intracellulaire et présentent un bloc fortement dépendant de la tension avec une forte inhibition aux tensions négatives et un soulagement du bloc aux potentiels dépolarisés (Liantonio et al., 2007 et examiné par Pusch et coll., 2002). L’inhibition de la ClC-2 par le peptide GaTx2, provenant du venin de Leiurus quinquestriatus herbareus, est susceptible de se produire par inhibition du blocage des canaux plutôt que par blocage direct des canaux ouverts (Thompson et al., 2009). Bien que la ClC-2 puisse être activée par gonflement cellulaire, elle ne correspond pas au canal anionique à régulation volumique (VRAC) (voir ci-dessous). Les fonctions physiologiques potentielles alternatives de la ClC-2 sont examinées par Planells-Cases et Jentsch (2009). L’expression fonctionnelle des ClC-Ka et ClC-Kb humaines nécessite la présence de barttin (Estévez et al., 2001; Scholl et coll., 2006). L’homologue du rongeur (ClC-K1) de ClC-Ka démontre une expression limitée en tant qu’homomère, mais sa fonction est renforcée par la barttine qui augmente à la fois la probablilité d’ouverture de canal dans la gamme physiologique des potentiels et la conductance à canal unique (Estévez et al., 2001; Scholl et coll., 2006). Le ClC-Ka est environ cinq à six fois plus sensible au blocage par le 3-phényl-CPP et les DID que le ClC-Kb, tandis que les dérivés du benzofurane nouvellement synthétisés ont montré la même affinité de blocage (< 10 µM) sur les deux isoformes du CLC-K (Liantonio et al., 2008). Les propriétés biophysiques et pharmacologiques de la ClC-3 et la relation de la protéine avec le VRAC endogène (voir Guan et al., 2006; Alekov et Fahlke, 2008) sont controversés et compliqués par la possibilité que la ClC-3 puisse fonctionner à la fois comme un échangeur Cl-/H+ et comme un canal ionique (Picollo et Pusch, 2005; Wang et al., 2006; Alekov et Fahlke, 2008). Les propriétés fonctionnelles tabulées sont celles qui correspondent le mieux à la relation structurelle étroite entre ClC-3, ClC-4 et ClC-5. L’activation de la ClC-3 exprimée de manière hétérologue par gonflement cellulaire en réponse à des solutions hypotoniques est contestée, tout comme de nombreux autres aspects de sa régulation. Le CIC-4 peut fonctionner dans deux modes de transport: un mode de glissement dans lequel se comporte comme un canal ionique et un mode d’échangeur dans lequel le taux de transport unitaire est 10 fois plus faible (Alekov et Fahlke, 2009). ClC-7 s’associe à une sous-unité β, Ostm1, ce qui augmente la stabilité de la première (Lange et al., 2006).

CFTR: CFTR, une protéine de type ABC de 12TM, est un canal Cl de la membrane cellulaire épithéliale régulé par l’AMPc impliqué dans le transport normal des fluides à travers divers épithéliums. La mutation la plus fréquente du CFTR (c’est-à-dire le mutant de délétion, ΔF508) entraîne un trafic altéré du CFTR et réduit son incorporation dans la membrane plasmique, provoquant une fibrose kystique. Les canaux porteurs de la mutation ΔF508 qui effectuent le trafic vers la membrane plasmique présentent des défauts de déclenchement. En plus d’agir en tant que canal anionique en soi, le CFTR peut agir en tant que régulateur de plusieurs autres conductances, notamment l’inhibition du canal épithélial Na (ENaC), des canaux chlorure activés par le calcium (CaCC) et VRAC, l’activation du canal chlorure rectifiant vers l’extérieur (ORCC) et l’amélioration de la sensibilité aux sulfonylurées du canal potassique médullaire externe rénal (ROMK2) (revue par Nilius et Droogmans, 2003). Le CFTR régule également le TRPV4, qui fournit le signal Ca2+ pour la diminution du volume régulateur (RVD) dans les épithéliums des voies respiratoires (Arniges et al., 2004). Les activités du CFTR et des échangeurs chlorure-bicarbonate SLC26A3 (DRA) et SLC26A6 (PAT1) sont mutuellement renforcées par une association physique entre le domaine régulateur (R) du CFTR et le domaine STAS des transporteurs SCL26, effet facilité par la phosphorylation médiée par le PKA du domaine R du CFTR (Ko et al., 2004).

Les composés correcteurs qui aident le repliement de ΔF508CFTR pour augmenter la quantité de protéines exprimée et potentiellement délivrée à la surface cellulaire comprennent le VX-532 (qui est également un potentialisateur), le Corr-3a et le Corr-4a. L’inhibition du CFTR par application intracellulaire du peptide GaTx1, à partir du venin de Leiurus quinquestriatus herbareus, se produit préférentiellement pour l’état fermé du canal (Fuller et al., 2007). Le CFTR contient deux domaines de liaison des nucléotides cytoplasmiques (NBD) qui lient l’ATP. On suppose qu’un seul cycle d’ouverture-fermeture implique, en séquence: liaison de l’ATP au N-terminal NBD1, liaison de l’ATP au C-terminal NBD2 conduisant à la formation d’un dimère intramoléculaire NBD1-NBD2 associé à l’état ouvert, et hydrolyse ultérieure de l’ATP au NBD2 facilitant la dissociation du dimère et la fermeture du canal, et l’initiation d’un nouveau cycle de déclenchement (Aleksandrov et al., 2007; Muallem et Vergani, 2009). La phosphorylation par PKA au niveau de sites dans un domaine de régulation cytoplasmique (R) facilite l’interaction des deux domaines NBD. La PKC (et la PKGII dans les cellules épithéliales intestinales via la formation de cGMP stimulée par la guanyline) régulent positivement l’activité de la CFTR.

Canal chlorure activé par le calcium: Les canaux chlorure activés par le calcium intracellulaire (CaCC) sont largement exprimés dans les cellules excitables et non excitables où ils remplissent diverses fonctions (Hartzell et al., 2005). La nature moléculaire du CaCC n’est pas claire, les gènes CLCA et les gènes BEST ayant été considérés comme des candidats probables (Loewen et Forsythe, 2005; Hartzell et al., 2008). Il est maintenant admis qu’il est peu probable que les produits d’expression de CLCA forment des canaux en soi et fonctionnent probablement comme des protéines d’adhésion cellulaire, ou qu’ils soient sécrétés (Patel et al., 2009). Les bestrophines codées par les gènes hbest1-4 ont une topologie plus cohérente avec les canaux ioniques (voir Hartzell et al., 2008) et forment des canaux chlorés activés par des concentrations physiologiques de Ca2+, mais on ne sait pas si cette activation est directe (Hartzell et al., 2008). Cependant, les courants générés par la meilleure surexpression ne ressemblent pas aux courants CaCC natifs. Récemment, une nouvelle famille de gènes, TMEM16 (anoctamine-1), a été identifiée qui produit des courants Cl activés par le Ca2+ avec une cinétique similaire aux courants CaCC natifs enregistrés à partir de différents types cellulaires (Caputo et al., 2008; Schroeder et coll., 2008; Yang et coll., 2008; Pifferi et coll., 2009; Rock et coll., 2009). L’élimination du TMEM16 abolit le CaCC dans plusieurs tissus épithéliaux (Yang et al., 2008)

Le blocage de l’ICl(Ca) par l’acide niflumique, le DIDS et le 9-AC dépend de la tension, tandis que le blocage par le NPPB est indépendant de la tension (Hartzell et al., 2005). L’acide niflumique extracellulaire, le DCDPC et l’A-9-C (mais pas les DID) exercent un effet complexe sur l’ICl (Ca) dans le muscle lisse vasculaire, améliorant et inhibant les courants dirigés vers l’intérieur et vers l’extérieur d’une manière dépendante de i (voir Leblanc et al., 2005 pour résumé). Un croisement considérable en pharmacologie avec des canaux K+ activés par le Ca2+ à grande conductance existe également (voir Greenwood et Leblanc, 2007 pour un aperçu). Deux nouveaux composés, CaCCinh-A01 et CaCCinh-B01, ont récemment été identifiés comme bloqueurs du CaCC dans les cellules épithéliales intestinales humaines T84 (voir De La Fuente et al., 2008 pour les structures). CaMKII module le CaCC d’une manière dépendante des tissus (revue par Hartzell et al., 2005; Leblanc et coll., 2005). Les inhibiteurs de CaMKII bloquent l’activation de l’ICl (Ca) dans les cellules T84 mais n’ont aucun effet sur les cellules acineuses parotides. Dans les cellules musculaires lisses trachéales et artérielles, mais pas les myocytes de la veine porte, l’inhibition de CaMKII réduit l’inactivation de la LCI (Ca). L’Ins intracellulaire (3,4,5,6) P4 peut agir comme régulateur négatif endogène des canaux CaCC activés par Ca2+, ou CaMKII. Les CaCC des muscles lisses sont également régulés positivement par la phosphatase dépendante du Ca2+, la calcineurine (voir Leblanc et al., 2005 pour résumé).

Canal Maxi chlorure: Les canaux Maxi Cl sont des canaux à haute conductance, sélectifs en anions, initialement caractérisés dans le muscle squelettique et trouvés par la suite dans de nombreux types de cellules, y compris les neurones, les glies, le muscle cardiaque, les lymphocytes, les épithéliums sécréteurs et absorbants, les cellules macula densa du rein et les syncytiotrophoblastes du placenta humain (Sabirov et Okada, 2009). La signification physiologique du canal maxi Cl est incertaine, mais des rôles dans la régulation du volume cellulaire et l’apoptose ont été revendiqués. Les preuves suggèrent un rôle des canaux maxi Cl en tant que voie conductrice dans la libération d’ATP induite par le gonflement des cellules mammaires C127i de souris, qui pourrait être important pour la signalisation autocrine et paracrine par les purines (Sabirov et al., 2001; Dutta et coll., 2002). Un canal similaire médie la libération d’ATP par les cellules de la macula densa dans l’épaisseur ascendante de la boucle de Henle en réponse aux changements de concentration de NaCl luminal (Bell et al., 2003). Une famille de canaux Cl humains à haute conductance (TTYH1-3) qui ressemblent à des canaux Maxi Cl a été clonée (Suzuki et Mizuno, 2004), mais alternativement, il a également été suggéré que les canaux Maxi Cl correspondent au canal anionique dépendant de la tension, VDAC, exprimé au niveau de la membrane plasmique (Bahamonde et al., 2003; Okada et coll., 2004).

Des conditions ioniques différentes peuvent contribuer à des estimations variables de γ rapportées dans la littérature. L’inhibition par l’acide arachinonique (et les acides gras cis insaturés) est indépendante de la tension, se produit au niveau d’un site intracellulaire et implique à la fois l’arrêt du canal (Kd = 4-5 µM) et une réduction de γ (Kd = 13-14 µM). Le blocage de l’activité des canaux par le SITS, le DIDS, le Gd3+ et l’acide arachidonique est mis en parallèle avec une diminution de la libération d’ATP induite par le gonflement (Sabirov et al., 2001); (Dutta et coll., 2002). L’activation des canaux par les anti-œstrogènes dans les enregistrements cellulaires entiers nécessite la présence de nucléotides intracellulaires et est empêchée par un prétraitement au 17β-œstradiol, à l’AMPc dibutryle ou par une dialyse intracellulaire avec des GDPßS (Diaz et al., 2001). L’activation par le tamoxifène est supprimée par de faibles concentrations d’acide okadaïque, ce qui suggère qu’un événement de déphosphorylation par la protéine phosphatase PP2A se produit dans la voie d’activation (Diaz et al., 2001). En revanche, le 17β-estradiol et le tamoxifène semblent inhiber directement le canal maxi Cl du placenta humain reconstitué en liposomes géants et enregistré dans des plaques excisées (Riquelme, 2009).

Canaux de chlorure à régulation volumique: Les canaux de chlorure activés par le volume (également appelés VSOAC, canal d’osmolyte / anion organique sensible au volume; VRC, canal régulé par le volume et VSOR, canal d’anion rectifiant l’expansion du volume vers l’extérieur) participent à la RVD en réponse au gonflement des cellules. Le VRAC peut également être important pour plusieurs autres processus, notamment la régulation de l’excitabilité membranaire, le transport transcellulaire du Cl, l’angiogenèse, la prolifération cellulaire, la nécrose, l’apoptose et la libération de glutamate par les astrocytes (examinés par Nilius et Droogmans, 2003; Mulligan et MacVicar, 2006; Okada et al., 2009). Le VRAC peut ne pas être une entité unique, mais peut plutôt représenter un certain nombre de canaux différents qui sont exprimés dans une mesure variable dans différents tissus et qui sont activés de manière différentielle par le gonflement des cellules. Outre les produits d’expression de la ClC-3 (voir ci-dessus), plusieurs anciens candidats VRAC, dont la glycoprotéine P MDR1, l’Icln, l’échangeur d’anions de bande 3 et le phospholemman, ne sont plus considérés comme susceptibles de remplir cette fonction (voir les revues de d’Anglemont de Tassigny et al., 2003; Nilius et Droogmans, 2003; Sardini et coll., 2003).

En plus de conduire des anions monovalents, dans de nombreux types cellulaires, l’activation de VRAC par un stimulus hypotonique peut permettre l’efflux d’osmolytes organiques tels que les acides aminés et les polyols qui peuvent contribuer à la RVD.

Autres canaux chlorés: En plus de certains canaux chlorés intracellulaires qui ne sont pas considérés ici, des canaux membranaires plasmatiques autres que ceux énumérés ont été décrits fonctionnellement. De nombreuses cellules et tissus contiennent des ORCC qui peuvent correspondre à des VRAC actifs dans des conditions isotoniques. Un canal Cl activé par l’AMPc qui ne correspond pas au CFTR a été décrit dans les cellules Paneth intestinales (Tsumura et al., 1998). Un canal Cl activé par le cGMP avec une dépendance à l’augmentation du Ca2+ intracellulaire a été enregistré dans divers types de cellules musculaires lisses vasculaires, dont la pharmacologie est très différente du CaCC « conventionnel » (voir Matchkov et al., 2004; Piper et Large, 2004). Un canal anionique activé par des protons et redressant vers l’extérieur a également été décrit (Lambert et Oberwinkler, 2005).