Introduction
Les canaux ioniques sont des protéines remarquables, présentes dans la membrane bicouche lipidique des cellules animales et végétales et de leurs organites, comme le noyau, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi, les mitochondries, les chloroplastes et les lysosomes.
Lorsque nous tapons sur Google le mot « canal ionique », environ 80 000 000 de résultats apparaissent en 0,45 s. Les scientifiques travaillent sur ces étonnantes protéines transmembranaires depuis le début du siècle dernier, ce qui leur a valu trois séries de prix Nobel en 1963, 1991 et 2003.
Sir John Carew Eccles, Alan Lloyd Hodgkin et Andrew Fielding Huxley ont reçu en 1963 le prix Nobel de physiologie et de médecine pour leurs découvertes concernant les mécanismes ioniques impliqués dans l’excitation et l’inhibition dans les parties périphériques et centrales de la membrane des cellules nerveuses . De même, Erwin Neher et Bert Sakmann ont prouvé en 1991 que les membranes cellulaires possèdent des canaux ioniques individuels à travers lesquels peuvent passer de minuscules courants, suffisamment importants pour générer des communications entre les neurones pré- et postsynaptiques en convertissant les événements chimiques ou mécaniques en signaux électriques. Le prix Nobel de chimie 2003 a été partagé entre deux scientifiques Agre et Roderick MacKinnon qui ont fait des découvertes fondamentales concernant la façon dont l’eau et les ions se déplacent à travers les membranes cellulaires.
Dans ce livre, nous avons neuf chapitres très divers et informatifs, y compris ce chapitre d’introduction sur l’importance du passage des cations et des anions à travers ces canaux ioniques.
Le premier chapitre est le chapitre d’introduction qui donne un bref aperçu des huit autres chapitres inclus dans ce livre, ainsi que des discussions sur la diversité et la classification des canaux ioniques, la nature et le nombre de gating pour ces canaux ioniques ainsi qu’un éclairage sur les Channellopathies. Le deuxième chapitre traite des canaux sodiques dépendant du voltage dans la découverte de médicaments. Les canaux sodiques sont les tout premiers à avoir été découverts lorsque Hodgkin et Katz ont réalisé leurs expériences sur des axones de calmar, montrant qu’il n’y avait pas de potentiel d’action si les ions sodium n’étaient pas présents dans le liquide extracellulaire. Dans ce chapitre, l’évolution génétique et la distribution des sous-types de cette super famille de canaux sodiques voltage-dépendants (Nav) sont présentées, et une discussion est menée sur la façon dont les changements de structure modifient leurs fonctions. Le troisième chapitre aborde la modulation du Nav par des molécules de petite et de grande taille, ainsi que les principaux défis à relever pour la découverte de médicaments ciblant le Nav. Le quatrième chapitre nous fait découvrir comment les mutations génétiques modifient les protéines qu’elles produisent et les troubles qui en résultent, comme le syndrome de Dravet. Le gène SCN1A est responsable de cette maladie et les médecins sont invités à ne pas prescrire de bloqueurs des canaux sodiques aux patients épileptiques présentant cette mutation, car le médicament aggraverait leur état. Le cinquième chapitre concerne les canaux potassiques : il existe de nombreux types de canaux potassiques (bien plus que les canaux ioniques sodiques). Dans ce chapitre, les auteurs ont examiné le rôle de deux protéines de jonction, les connexines et les pannexines, dans le maintien de l’homéostasie des ions potassium, en prenant l’exemple de la cochlée. La mutation du gène de la jonction gap entraîne 50 % de surdité prélinguale récessive. Les auteurs ont mis au point une nouvelle méthode de détection précoce des mutations génétiques à l’origine des troubles de l’oreille interne. Le sixième chapitre traite de la structure et de la fonction des canaux calciques de type L et de la façon dont les canaux calciques à grille de tension (VGCC) gèrent la signalisation électrique des cellules en permettant la diffusion sélective des ions calcium en réponse aux changements du potentiel de la membrane cellulaire. Parmi les différents VGCC, les canaux calciques de longue durée ou de type L (LTCC) sont exprimés de manière prédominante dans une variété de cellules, telles que les muscles squelettiques, les myocytes ventriculaires, les muscles lisses et les cellules dendritiques, et forment la plus grande famille de VGCC. Leur large profil d’expression et leur rôle significatif dans divers événements cellulaires ont fait de ces canaux des cibles majeures pour le développement de médicaments. Le septième chapitre porte sur la régulation de la douleur par les canaux calciques. Dans ce chapitre, les auteurs présentent un grand nombre de preuves cliniques, biochimiques, biophysiques, pharmacologiques et génétiques indiquant que les canaux perméables au calcium sont les acteurs clés de la douleur. L’objectif principal de ce chapitre est de présenter une vue d’ensemble des différentes classes de canaux perméables au calcium et de la façon dont ils changent pour moduler la sensation de douleur dans les états aigus et chroniques. Le huitième chapitre traite des canaux ioniques TRP (transient receptor potential), de leur distribution à leur assemblage. La superfamille des canaux ioniques TRP est largement distribuée des tissus neuronaux aux tissus non neuronaux en servant de capteurs cellulaires. Les sous-unités TRP peuvent former des canaux homomériques et hétéromériques qui sont présents soit dans la même sous-famille, soit dans des sous-familles différentes et diversifient les fonctions des canaux TRP. Le neuvième chapitre traite des types de canaux anioniques et chlorures présents dans la mitochondrie. Il existe de nombreux types de canaux chlorure présents dans les mitochondries, mais deux types présentent un intérêt majeur, à savoir celui qui est présent dans la membrane mitochondriale interne, responsable des oscillations du potentiel de membrane et le canal ionique chlorure intracellulaire (CLIC) localisé dans les membranes mitochondriales cardiaques. Ces canaux anioniques sont très importants tant dans des conditions de santé que de maladie. Ces canaux sont importants pour la régulation du PH et des ROS en même temps que pour la synchronisation du potentiel de la membrane mitochondriale.
Dans les pages suivantes du chapitre 1, nous allons nous intéresser au rôle du gating dans les canaux ioniques pour le maintien de la physiologie normale et comment l’une ou l’autre de ces altérations du gating entraîne les channelopathies.
Avant d’aller plus loin, nous aimerions reconnaître la sculpture appelée la naissance d’une idée. Il s’agit d’une figurine de 1,5 m de haut du canal potassique KcsA, composée de fils et de verre soufflé, représentant la lumière du canal . Cette statue a été commandée à Julian Voss-Andreae par le lauréat du prix Nobel Roderick Mackinnon.
Il existe trois principaux types de canaux ioniques, c’est-à-dire les canaux à tension, à ligand extracellulaire et à ligand intracellulaire, ainsi que deux groupes de canaux ioniques divers. Ces canaux ioniques sont responsables de la transmission des signaux entre les nerfs et d’autres types de cellules électriquement actives par l’intermédiaire des synapses et des jonctions lacunaires. Les altérations du potentiel électrique des neurones présynaptiques déclenchent la libération de neurotransmetteurs à partir des vésicules de la fente synaptique. Ces substances chimiques se déplacent vers les cellules postsynaptiques par diffusion, occupent leurs sites récepteurs spécifiques sur les membranes et génèrent le potentiel électrique en ouvrant les canaux ioniques. L’élimination des neurotransmetteurs de la fente synaptique est essentielle pour éviter tout effet sur les cellules voisines. La signalisation cellulaire par les neurotransmetteurs est beaucoup plus adaptable et polyvalente par rapport aux jonctions gap .