Activité régulatrice

Les canaux ORCC

Les canaux ORCC (Outwardly Rectifying Chloride Channel) possèdent une fonction de canal chlorure permettant la sécrétion des ions Cl- et sont régulés par l’AMPc. Toutefois, dans le contexte de la mucoviscidose, ces canaux sont inactifs et insensibles à la phosphorylation par les protéines kinases A et C (41). Cette observation suggère que l’activité de la protéine CFTR est nécessaire pour l’activation des canaux ORCC.

Des études plus approfondies ont confirmé la régulation d’ORCC par phosphorylation de CFTR via un mécanisme autocrine/paracrine permettant le relargage d’ATP dans le milieu extracellulaire. L’ATP ainsi libéré se fixe aux récepteurs purinergiques P2R et stimule l’activité d’ORCC (42). Néanmoins, le mécanisme d’export de l’ATP par CFTR n’est pas encore complétement établi.

Deux hypothèses ont été proposées selon lesquelles CFTR jouerait lui-même le rôle de canal sécréteur d’ATP ou contrôlerait la formation de vésicules remplies d’ATP.

D’un point de vue structural, il a été montré que les domaines NBD1 et R de CFTR sont essentiels pour l’activité régulatrice des canaux ORCC (42).

Les canaux ROMK

Les canaux potassiques ROMK (Renal Outer Medullary Potassium Channel) sont localisés au pôle apical des cellules rénales et participent au recyclage des ions K+. Des canaux potassiques similaires aux ROMK sont également présents dans les voies aériennes (43). Les canaux ROMK sont régulés notamment par le pH intracellulaire et l’ATP, qui sont deux facteurs étroitement liés à CFTR.

Ainsi des études suggèrent que la protéine CFTR est capable de réguler négativement l’activité des ROMK via le transport d’ATP intracellulaire. Cette inhibition est réalisée par l’intermédiaire du complexe protéique régulateur NHERF1/NHERF2 (Sodium-Hydrogen Exchanger Regulatory Factor 1/2) qui interagit avec les domaines PDZ de CFTR et ROMK (44). Tout comme pour la régulation d’ORCC, le contrôle de ROMK requière les domaines NBD1 et R de CFTR mais également le domaine TMD1 (45).

Les canaux ENaC

Dans la mucoviscidose, en absence de sécrétion d’ions Cl-_{, le canal ENaC (Epithelial} Sodium Channel) est hyperactivé par l’AMPc et entraîne l’absorption massive des ions Na+ au pôle apical des cellules épithéliales. En absence de CFTR, l’AMPc et la PKA activent le canal ENaC. En revanche, lorsque les canaux CFTR et ENaC coexistent au sein d’une cellule, l’effet de l’AMPc sur le canal ENaC s’inverse. En effet, l’AMPc stimule préférentiellement le canal CFTR, qui lui-même inhibe l’activité d’ENaC. Ces phénomènes de régulation entre différents canaux illustrent la dynamique d’un épithélium à interchanger les mécanismes d’absorption et de sécrétion. Néanmoins, les bases moléculaires contrôlant l’inhibition d’ENaC restent méconnues. Plusieurs travaux ont été menés et alimentent diverses hypothèses :

Par homologie avec la régulation des canaux ioniques ORCC et ROMK, une étude a montré que la libération d’ATP ou d’UTP (Uridine Tri-Phosphate) serait responsable de l’inhibition du canal ENaC par activation des récepteurs purinergiques (46). Cependant, les mécanismes moléculaires sont toujours méconnus et le transport d’ATP par CFTR reste controversé. Ainsi, un an plus tard, les mêmes auteurs rapportent que leurs travaux ne

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Une interaction biochimique directe interviendrait entre CFTR et ENaC et contrôlerait l’activité d’ENaC. En effet, les domaines NBD1 et R interagissent avec le domaine C- terminal d’ENaC et la délétion du domaine NBD1 abolit la régulation négative d’ENaC (48).

Une interaction indirecte liée au cytosquelette et au trafic intracellulaire interviendrait entre CFTR et ENaC et permettrait à CFTR d’agir sur la régulation d’ENaC. Il est possible d’envisager que l’actine pourrait être cet intermédiaire car il est connu que les canaux CFTR et ENaC sont perturbés par les interactions avec les protéines du cytosquelette (49) (50).

Cette dernière hypothèse semble plausible puisque des études réalisées sur l’épithélium du canal sudoripare ont montré que dans ce contexte épithélial, l’effet de CFTR sur ENaC est inversé et active la sécrétion de Na+ (51). De plus, ni la phosphorylation ni l’AMPc ne sont nécessaires à l’activation d’ENaC. En revanche, un courant chlorure est essentiel pour cette activation (52). L’ensemble de ces données laisse penser que l’adressage et le trafic des protéines CFTR et ENaC via l’actine sont coordonnés, liés à la fonction canal Cl- et dépendants du type de tissu épithélial.

D’autres études se sont intéressées aux gènes codant pour les trois sous-unités du canal ENaC : α, β et γ. La sensibilité et l’efficacité de l’activité du canal ENaC requiert l’ensemble de ces sous-unités (53).

Des mutations dans les gènes SCNN1A et B, qui codent les sous-unités α et β de la protéine ENaC, respectivement, ont été associées aux maladies pulmonaires similaires à la mucoviscidose en l'absence de mutations de CFTR (54). Lorsque SCNN1A est délété chez la souris, le transport du sodium et la clairance mucociliaire sont abolis. La délétion de SCNN1B ou SCNN1G (codant la sous-unité γ du canal ENaC), entraîne la mort par hyperkaliémie (55), ce qui suggère que la sous-unité α du canal ENaC pourrait être plus cruciale pour le bon fonctionnement du canal sodique dans les poumons.

A l’inverse, il a été montré que les mutations induisant une hypoactivité du canal ENaC provoquent un pseudohypoaldostéronisme (56) (57), ce qui étend la profondeur de l'ASL et accélère la vitesse de clairance mucociliaire.

Dès les années 2000, des chercheurs ont entrepris de comprendre le rôle de chacune des sous-unités du canal ENaC. Pour cela, ils ont développé des oligonucléotides anti-sens et

des ARN interférant (ARNi) ciblant SCNN1A, SCNN1B et SCNN1G (58) (59). Les oligonucléotides anti-sens ciblant SCNN1A ont entraîné une diminution de la densité membranaire apicale des canaux ENaC, et une réduction du courant et de la conductance. Concernant les ARNi dirigés contre SCNN1B, ils ont entraîné une réduction de l’activité de l’ENaC dans des cellules épithéliales bronchiques humaines, accompagné d’une diminution du niveau d’ARNm de l’ENaC et du sodium intracellulaire. Plus récemment, les travaux du groupe de Shuling Guo ont confirmé la diminution des sous-unités de l’ENaC induites par les oligonucléotides anti-sens in vivo sur des modèles murins mimant le phénotype de la mucoviscidose (60). Dans cette étude, les auteurs ont utilisé le modèle transgenique de surexpression de la sous-unité β de l’ENaC qui entraine une hyperabsorption de sodium ainsi qu’une déshydratation du mucus (61) et le modèle invalidé pour le gène Nedd4-2 (Neural precursor cell expressed developmentally downregulated gene 4-like) codant une ubiquitine ligase responsable de la régulation négative de l’ENaC (62). Grâce à ces modèles, ils ont pu montrer que lorsque tous les niveaux des sous-unités de l’ENaC sont diminués, la viscosité du mucus et le recrutement de neutrophiles sont réduits et la fonction pulmonaire est améliorée.

L’échangeur Cl-_/HCO 3-

Les ions bicarbonates sont majoritairement présents dans les liquides de surface de l’organisme où ils agissent comme des tampons pour maintenir le pH intracellulaire. La protéine CFTR joue un rôle dans l’équilibre des ions bicarbonate en agissant comme un canal sécréteur de HCO3- _{(63) ou en s’associant à un échangeur Cl}-_/HCO3-_{. Dans la} mucoviscidose, lorsque CFTR est inactive ou non adressée à la membrane plasmique, sa conductance pour les ions bicarbonates est inhibée ce qui engendre notamment des dysfonctionnements de l’alcalinisation des sucs pancréatiques, à l’origine des insuffisances pancréatiques observées chez les patients.

Pour pallier à ces perturbations de pH, il existe une régulation par des transporteurs ioniques tels que CFTR et l’échangeur anionique AE2. La régulation de l’AE2 est induite par la fixation du glucagon sur son récepteur entraînant une augmentation d’AMPc intracellulaire puis l’activation de la PKA et la stimulation d’AE2. L’activation d’AE2 permet ainsi l’entrée d’ions Cl- _{dans la cellule et la sécrétion d’ions HCO3}-_{. Par la suite le Cl}- _importé dans la cellule est pris en charge par CFTR qui l’excrète afin de maintenir un gradient de

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Les aquaporines

Les aquaporines (AQs) sont des canaux transmembranaires permettant le passage bidirectionnel de l’eau à travers la membrane plasmique. Lorsque la protéine CFTR est mutée, les échanges d’eau effectués par les AQs entre le milieu extra- et intra-cellulaire sont désordonnés, suggérant un lien entre CFTR et les AQs. CFTR co-localise notamment avec les AQs 1 et 5 (65) où AQ1 co-localise également avec l’échangeur AE2. Il est également connu que l’AMPc, activateur de CFTR, coordonne le trafic de vésicules vers la membrane au sein desquelles se trouve CFTR, AQ1 et AE2 pour permettre la diffusion d’eau (64).