Partie II : Calcium, Canaux et Physiologie
II. Les acteurs de la signalisation calcique dans les cellules non-excitables
3. Les acteurs mitochondriaux
La mitochondrie est un organelle impliqué dans différentes voies de transduction du signal en étant ainsi capable de décoder de nombreux stimuli extérieurs afin de les transformer en différentes actions intracellulaires, alla t de la p odu tio d e gie à la o t ellulai e (Giorgi et al., 2012a). Elle est également considérée comme un site de stockage de Ca2+ pouvant varier d'un faible contenu en Ca2+ (100 nM) jus u à de fo tes o e t atio s , à µM , De e fait, la odulatio fi e de l ho ostasie al i ue ito ho d iale joue u ôle fo da e tal (Rizzuto et al., 2012). La ito ho d ie est e effet apa le d a so e et sto ke le Ca2+lo s d u e aug e tatio de la [Ca2+]
c.
L a so ptio de Ca2+ dans la matrice mitochondriale exige le passage de cet ion à travers les
membranes mitochondriales interne et externe. La membrane externe est perméable aux solutés de
moins de 5 kDa (dont le Ca2+) grâce à la présence de canaux VDACs (Voltage-dependent anion channels) (Rostovtseva and Bezrukov, 2008). De même, des transporteurs ont été mis en évidence au niveau de la membrane interne tels ue l u ipo teu ito ho d iale al i ue MCU, Mito ho d ial al iu U ipo te ui pe et l a u ulatio apide de Ca2+ selon son gradient électrochimique,
contrecarrée par les échangeurs mitochondriaux Na+/Ca2+ (mNCX, mitochondrial sodium-calcium exchanger) et H+/Ca2+ (mHCX, mitochondrial proton-calcium exchanger). Enfin, le Pore de Transition de Pe a ilit PTP, Pe ea ilit T a sitio Po e e t e e jeu lo s d u e su ha ge al i ue mitochondriale.
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• L’U ipo teu Cal i ue Mito ho d ial MCU est un canal calcique de faible conductance et hautement sélectif (Kirichok et al., 2004). Son identité moléculaire a été mis en évidence récemment et simultanément par les équipes de Rizzuto et Mootha qui ont identifié une nouvelle protéine
encore non caractérisée, connue sous le nom de CCDC109A ou MCU , essai e pou l e t e du Ca2+ dans la lumière des mitochondries in vitro et in vivo (Baughman et al., 2011; De Stefani et al., 2011). La protéine est codée par le gène MCU, bien conservé chez tous les eucaryotes excepté la levure, et est composée de deux domaines coiled-coil (CC) ainsi que deux domaines TM séparés par
une courte boucle enrichie en résidus acides (EYSWDIMEP). Plusieurs protéines membranaires ont été rapportées pour former le pore perméable au Ca2+. Ainsi, le MCUb et le régulateur EMRE Esse tial MCU ‘Egulato s ajoute t à la p ot i e MCU pou fo e le o ple e a alai e Figure I.22. N a oi s, d aut es p ot i es a essoi es e e ça t u ôle de gulateu su le a al commencent également à être identifiées tels que les protéines de la famille MICU (MItochondrial EF Hand Ca2+ Uniporter regulator) (Plovanich et al., 2013), MCUR1 (Mitochondrial Calcium Uniporter Regulator 1)(Mallilankaraman et al., 2012) et SLC25A23 (Calcium-dependent mitochondrial solute carrier) (Hoffman et al., 2014). Dans les conditions de repos, le complexe canalaire est lié à l h t odi e MICU /MICU , e qui entraîne l i hi itio du o ple e pa MICU . Lo s d u sig al
al i ue, l aug e tatio de la [Ca2+]
c pe et u ha ge e t o fo atio el li a t l i hi itio
d pe da te de MICU et sulta t e l a ti atio du a al MCU di e pa MICU pou e ue : (De Stefani et al., 2015)).
FigureI.22. Représentation schématique du complexe MCU : Le complexe canalaire est constitué par MCU, MCU et EM‘E. Da s les o ditio s de epos à gau he , l h t odi e MICU /MICU est li au o ple e pe etta t so i hi itio ia MICU . Lo s d u sig al al i ue à d oite , l aug e tatio de la [Ca2+]c induit un changement confor atio el de l e se le du di e ui
li e l i hi itio d pe da te de MICU et pe et l a ti atio de MCU pa MICU . MCU: Mitochondrial Calcium Uniporter; MICU: MItochondrial EF Hand Ca2+ Uniporter regulator; EMRE: Essential MCU REgulator. Adaptée de (De Stefani et al., 2015).
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• Les échangeurs Na+
/Ca2+ (mNCX) et H+/Ca2+ (mHCX) sont situés sur la membrane interne mitochondriale et sont capables de générer un flux de Ca2+ de la matrice mitochondriale vers le tosol lo s d u e su ha ge al i ue et e, a a t l a ti atio du PTP (Kim et al., 2012; Pfeiffer et al., 2001). Deux transporteurs ont ainsi été identifiés et classés en fonction de leur dépendance ou non au Na+. L ha geu d pe da t du Na+est l ha geu le t og i ue NCX ui pe et l ha ge d u io Ca2+ contre trois ions Na+. Il est et ou p i ipale e t au i eau du œu et du e eau
(Palty et al., 2012a; Sekler, 2015). Le second transporteur qui est indépendant du Na+est l ha geu H+/Ca2+ ui pe et l ha ge d u io Ca2+ contre deux ou trois ions H+. En comparaison au mNCX, le t a spo teu HCX a u e i ti ue plus le te et u e satu atio plus apide. L ha geu HCX est principalement localisé au niveau du foie (Carafoli, 2010).
• Le Po t de T a sitio de Pe a ilit PTP s ou e e as de su ha ge al i ue au sei de la matrice mitochondriale et entraîne une diminution du potentiel de membrane mitochondriale, la libération de co-facteurs des caspases dans le cytoplasme et le déclenchement de la cascade apoptotique. Le PTP est ainsi un canal situé au sein de la membrane mitochondriale interne dont l a ti atio est d pe da te du pote tiel et de la o e tration calcique mitochondriale. Il est impliqué dans une libération rapide des réserves calciques mitochondriales ainsi que dans le contrôle de l ho ostasie al i ue (Bernardi and Petronilli, 1996). Enfin, il fait transiter les ions et les solutés d u poids ol ulai es e da t pas Da (Bernardi, 2013).
La st u tu e a alai e du PTP a t sujet d i te ses débats durant plusieurs années et reste toujours un mystère (pour revue : (Bernardi, 2013)). Des études ont montré un lien entre l h oki ase II au niveau cytosolique, les VDACs au niveau de la membrane externe et le translocateur de nucléotides à adénine (ANT, Adenine Nucleotide translocator) au niveau de la membrane interne pour la formation du PTP (Adams et al., 1989; Bücheler et al., 1991). Plus récemment, il a été rapporté que le dimère des FO/F1 ATPsynthases semble former un canal avec
des propriétés identiques au PTP (Giorgio et al., 2013). Il a également été mis en évidence que e tai es p ot i es taie t pas essai es au a al ais pou aie t e gule sa fo tio . Il s agit notamment de la cyclophiline D qui fixe la cyclosporine A pour bloquer le canal (Bernardi and von
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