Les canaux anioniques sensibles au gonflement cellulaire

Pendant des années l’étude des canaux anioniques a été négligée au profit de celle des canaux cationiques, principalement en raison du rôle de ces derniers dans la régulation des potentiels d’action. L’ion chlorure est l’anion majoritaire avec le bicarbonate. La concentration de chlorure extracellulaire est d’environ 120mM tandis que la concentration intracellulaire est assez variable selon les types cellulaires et généralement le potentiel d’équilibre du chlorure est proche du potentiel de repos des cellules (Jentsch and Pusch, 2018). Il a longtemps été considéré que le chlorure diffusait librement à travers la membrane cellulaire en fonction du potentiel membranaire. Aujourd’hui, de nombreux canaux chlorures ont été identifiés et clonés, et leur rôle physiopathologique ne peut plus être ignoré.

La direction du transport des ions chlorures à travers un canal anionique est souvent difficile à appréhender. Tandis que les ions potassiques sont généralement transportés vers le milieu extracellulaire, les ions chlorures peuvent entrer ou sortir de la cellule selon leur potentiel d’équilibre électrochimique et le potentiel membranaire de la cellule (souvent ces potentiels sont proches). Néanmoins, on peut considérer que l’ouverture d’un canal chlorure dans une cellule dont le potentiel de repos est régulé par des canaux potassiques a un effet dépolarisant correspondant à un efflux de chlorure. A l’inverse, l’apparition d’une conductance chlorure tend à repolariser une cellule dépolarisée, ce qui correspond à un influx de chlorure. Les canaux chlorures interviennent donc dans le maintien du potentiel de repos et le contrôle de l’excitabilité cellulaire. En plus de leur participation au potentiel membranaire, les canaux chlorures jouent un rôle majeur dans la modulation du pH, dans la sécrétion des fluides des glandes sécrétrices mais aussi dans les transports transépithéliaux (Jentsch et al., 2002).

Les canaux chlorures sont constitués d’un ensemble hétérogène de protéines et sont régulés par divers mécanismes. Certains, par exemple, sont sensibles aux potentiels membranaires, d’autres sont activés par une augmentation de l’ATP intracellulaire tandis que d’autres encore sont activés en cas de gonflement cellulaire. Les stimuli sont nombreux et les canaux chlorures sont en réalité finement régulés. Les canaux chlorures sont décrits comme étant perméables à de petits anions tels que l’iodure ou le bicarbonate sans grande discrimination, et peuvent aussi être perméables à de petits acides organiques tels que le lactate ou l’aspartate.

Les canaux chlorures sont constitués d’un ensemble hétérogène de protéines et sont régulés par divers mécanismes. Certains, par exemple, sont sensibles aux potentiels membranaires, d’autres sont activés par une augmentation de l’ATP intracellulaire tandis que d’autres encore sont activés en cas de gonflement cellulaire. Les stimuli sont nombreux et les canaux chlorures sont en réalité finement régulés. Les canaux chlorures sont décrits comme étant perméables à de petits anions tels que l’iodure ou le bicarbonate sans grande discrimination, et peuvent aussi être perméables à de petits acides organiques tels que le lactate ou l’aspartate.

Dès les années 1980, différentes équipes de recherche mettent en évidence l’existence d’une augmentation d’une conductance anionique consécutive à un gonflement cellulaire. Ces observations, originellement décrites pour des cellules cancéreuses d’ascites et pour des lymphocytes (Grinstein et al., 1982; Hoffmann et al., 1979), ont pu être reproduites dans tous les types cellulaires de mammifère et ont permis de mettre en évidence les caractéristiques biophysiques d’un canal ionique communément appelé VRAC, dont l’identité moléculaire demeura un mystère pendant plus de trente ans (Pedersen et al., 2015).

Bien que de nombreuses propriétés semblent légèrement différer d’un type cellulaire à l’autre, il est admis que le canal VRAC est caractérisé par un courant anionique activé par le gonflement de la cellule, déclenché expérimentalement par une exposition à un milieu hypotonique. Cette conductance est généralement nulle en milieu isotonique, augmente lentement en condition hypotonique ou dans le cas d’une diminution de la force ionique intracellulaire, et est inhibée par des milieux hypertoniques (Pedersen et al., 2016). Le courant présente une faible rectification sortante, une inactivation pour les potentiels positifs et une sélectivité suivant la séquence I d’Eisenman, étant plus perméable aux iodures qu’aux chlorures (I-> NO3-> Br-> Cl-> F- ).

La participation des canaux chlorures dans la régulation du volume cellulaire est particulièrement mise en évidence à travers deux mécanismes appelés « réduction régulée du volume » (RVD : Regulatory Volume Decrease) consécutive à un choc hypotonique et « réduction apoptotique du volume » (AVD : Apoptotic Volume Decrease) lors du phénomène de mort cellulaire par apoptose (Okada and Maeno, 2001). L’exposition d’une cellule à un milieu hypotonique entraine une rapide entrée d’eau dans la cellule à l’origine d’un gonflement cellulaire. L’augmentation du volume est perçue comme un stress diminuant le fonctionnement cellulaire physiologique. Une perte d’osmolytes va permettre à la cellule d’ajuster son osmolarité pour réduire son volume afin de maintenir une certaine homéostasie cellulaire. Cette réduction fait intervenir des canaux potassiques, mais aussi des canaux chlorures, principalement les canaux VRAC. L’efflux d’électrolytes entraine une sortie d’eau et donc une diminution du volume cellulaire, permettant à la cellule de s’adapter au milieu extracellulaire. Une augmentation du métabolisme cellulaire résulte en un accroissement de l’osmolarité intracellulaire, entrainant aussi un gonflement cellulaire. La réduction régulée du volume permet à la cellule de retrouver son volume physiologique.