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Domaines cytoplasmiques et transition canal-canal dépendante de la tension

Les canaux ioniques sont des protéines membranaires intégrales permettant le passage passif d’ions inorganiques spécifiques à travers les membranes cellulaires, propulsé par leurs gradients électrochimiques. Les canaux dépendants de la tension ou voltage-dépendants sont des protéines dans lesquelles certaines parties de la molécule changent de conformation en réponse aux altérations du champ électrique dans la membrane (la tension transmembranaire), déplaçant l’équilibre conformationnel d’avant en arrière (Figure 1; 1; pour une vue d’ensemble, voir Hille, 1992; Coetze et al., 1999; Swartz, 2004, 2008; Yu et al., 2005; Ashcroft, 2006; Bezanilla; L’inactivation est un processus par lequel un canal ouvert entre dans un état non conducteur stable après un changement dépolarisant maintenu dans le potentiel de la membrane.Figure 1Bande dessinée chimique des états conformationnels et des modifications de déclenchement pilotées par tension des canaux Kv. représentent deux sous-ensembles α et une porte cytoplasmique symbolique, avec une structure bille-et-chaîne … Les canaux potassiques voltage-dépendants (canaux Kv; Gutman et al., 2005) appartiennent à une famille de protéines (Figure ​ (Figure2) 2) caractérisé par la présence d’une sous-unité porogène avec une topologie à six segments transmembranaires (S1 – S6) dans laquelle les deux derniers segments, reliés par une boucle de pores, constituent la perméation ionique pore. Le domaine de détection de tension est formé par les segments S1 et S4, dans lesquels S4 contient une forte densité de résidus chargés positivement et est la principale composante de détection de tension transmembranaire (Yellen, 1998, 2002, Swartz, 2004, 2008; et al., 2005, Ashcroft, 2006, Bezanilla, 2008). Mis à part la présence éventuelle de sous-unités accessoires (voir ci-dessous), dans les canaux Kv, quatre sous-unités de pores forment une structure tétramère entourant une voie de conduction centrale (figure ​ (figure2) .2). Cette organisation oligomérique est également partagée par d’autres membres de la famille (pas tous activés par la tension) y compris les canaux activés par des nucléotides cycliques, les canaux cationiques activés par hyperpolarisation, les canaux K + activés par Ca2 + et les canaux TRP. Les canaux Ca2 + et Na + voltage-dépendants partagent cette organisation globale, mais contiennent quatre répétitions similaires avec six segments transmembranaires dans un seul polypeptide, imitant les tétramères Kv (Yellen, 1998, 2002, Swartz, 2004, 2008, Yu et al., 2005). ; Ashcroft, 2006; Bezanilla, 2008). Figure 2 (A) Vue d’ensemble des sous-familles de canaux Kv. (B) Représentation schématique de l’organisation tétramérique d’un canal Kv. Un modèle de pliage structurel de l’un des quatre α sous-unités est montré sur la droite. Notons que contrairement aux considérables … Au moins trois éléments fonctionnels se retrouvent dans les canaux Kv: un pore de conduction ionique dans lequel réside la sélectivité ionique, un capteur de tension qui détecte les changements du champ transmembranaire électrique, couplant par la suite ses états conformationnels au fonctionnement de la (des) porte (s) (c.-à-d. au passage de canal), et à une ou plusieurs portes qui s’ouvrent et se ferment en réponse à la tension. Trois portes possibles ont été reconnues dans les canaux Kv (Yellen, 1998, 2002): (i) une porte d’activation située à la face cytoplasmique du pore de perméation à l’extrémité de l’hélice transmembranaire S6, (ii) une porte filtre à pores ou sélectivité au niveau du filtre de sélectivité lui-même, et (iii) une porte d’inactivation capable de boucher le pore de la face cytoplasmique. Les deux premiers mécanismes de déclenchement sont liés aux réarrangements conformationnels des capteurs de tension, fournissant les propriétés d’activation et d’inactivation de type C aux canaux Kv, et le troisième mécanisme confère le comportement d’inactivation rapide / N (Figure 11). Les filtres de sélectivité, les capteurs de tension et la plupart des éléments de déclenchement des canaux Kv sont situés dans la partie transmembranaire du noyau du canal, à l’exception des portes cytoplasmiques elles-mêmes et du ou des coupleurs de porte du capteur (par exemple, le S4 – S5 lieur) qui sont situés à la surface du canal cytoplasmique et peuvent donc également être considérés comme cytoplasmiques (Figure 2) .2) Alors que cette architecture de base concerne toute la superfamille des canaux cationiques dépendante de la tension, des éléments supplémentaires existent sous la forme de domaines intracellulaires et / ou de sous-unités accessoires, capables d’influencer fortement les propriétés de déclenchement (Minor, 2001; Varshney et Mathew, 2003; Roosild et al., 2004) et régulent ainsi l la fonctionnalité, soit directement, soit en réponse à des modulateurs exogènes.La contribution de sous-unités accessoires supplémentaires au comportement des canaux (revue dans Li et al., 2006, Bett et Rasmusson, 2008, Pongs et Schwarz, 2010, Vacher et Trimmer, 2011) ne sera pas considérée ici. Afin de passer en revue les connaissances actuelles sur la participation des structures cytoplasmiques dans le comportement de déclenchement des canaux Kv, nous considérerons d’abord l’organisation structurelle de ces domaines de canaux. Ensuite, en utilisant des exemples bien étudiés (par exemple, des canaux de type Shaker et eag), nous nous concentrerons sur le rôle des régions cytoplasmiques dans la détermination des propriétés de déclenchement des canaux. Des données récentes sur les interactions entre les régions cytoplasmiques N- et C-terminales et / ou entre elles et les composants de la machinerie de déclenchement dans le noyau de canal (par exemple, le lieur S4 et la porte) seront également considérées. Enfin, nous allons examiner quelques cas illustrant la modulation des propriétés de déclenchement par des éléments de transduction du signal tels que calmoduline ou protéines kinases et / ou phosphatases.