La sous-famille des canaux CaV1, sensibles aux DHP, compte 4 membres
caractérisés par l’expression de la sous-unité !1. En effet, cette sous-unité est représentée par 4 isoformes (de CaV1.1 à CaV1.4). Les canaux CaV1.1 sont
principalement retrouvés dans les cellules dans les muscles striés (Curtis and Catterall, 1984) (Tanabe et al., 1987), tandis que CaV1.2 est exprimé par les
cellules neuronales, cardiaques et du muscle lisse (Biel et al., 1990). L’isoforme CaV1.3 est exprimée par les tissus neuronaux et endocriniens (Seino et al.,
1992) (Williams et al., 1992) et CaV1.4 par la rétine (Bech-Hansen et al., 1998)
(Strom et al., 1998).
1. La sous-unité !1
Structuralement, la sous-unité !1 comporte quatre domaines homologues connectés par trois boucles intracytoplasmiques. Chaque domaine est constitué
de six segments transmembranaires (S1-S6). Les boucles relient les segments S5 et S6 pour constituer le pore du canal (Guy and Conti, 1990).
Cette sous-unité contient également les senseurs au voltage contenus dans les segments S4 de chaque domaine dont les acides aminés sont chargés positivement. Le site de fixation des DHP se situe, quant à lui, dans la boucle S5- S6 et dans le segment S6 du troisième domaine (figure 5).
2. La sous-unité !2"
Cette sous-unité se décline en 4 isoformes (!2"1 à !2"4) (Gao et al., 2000) (Klugbauer et al., 1999) (Qin et al., 2002). Codée par un seul gène, cette sous- unité subit un clivage post-traductionnel conduisant à la formation des protéines !2 et ", reliées ensuite par un pont disulfure (De Jongh et al., 1990) (Jay et al., 1991) (figure 5).
!2" est décrite comme l’une des sous-unités régulatrices des canaux CaV1. La
forte glycosylation de !2 permet en effet une interaction stable avec le 3ème domaine transmembranaire de la sous-unité !1 (Gurnett et al., 1997). Cette interaction permet d’une part, l’adressage de !1 à la membrane mais également la modulation des propriétés biophysiques du canal en augmentant l’amplitude (Felix et al., 1997) du courant et en accélérant la cinétique d’activation et d’inactivation du canal.
3. La sous-unité #
Huit isoformes ont été décrites pour la sous-unité # (#1-#8) (Chu et al., 2001) (Sharp et al., 2001). Cette sous-unité est constituée de 4 domaines transmembranaires liés par une boucle intracellulaire et deux boucles extracellulaires. Toutefois, cette sous-unité n’est pas présente dans tous les tissus.
La sous-unité # est également capable de se lier à la sous-unité !1 via son domaine N-terminal. Les propriétés biophysiques de cette sous-unité ainsi que son rôle sont à l’heure actuelle encore mal connus. Les études portant sur la sous-unité # sont contradictoires. Certaines l’impliquent dans l’adressage des canaux à la membrane (Moss et al., 2002) ainsi que dans des modifications des paramètres biophysiques des courants (Ursu et al., 2001) (Rousset 2001 J Neuroscience / Ursu 2001 J Physio 367-377), d’autres décrivent une absence totale d’effet (Varadi et al., 1991).
4. La sous-unité $
Quatre gènes codent les différentes isoformes des sous-unités ($1-$4).La sous- unité $ est composée de 5 domaines (figure 5).
Cette sous-unité permet, d’une part, le contrôle de l’assemblage et de l’adressage à la membrane de la sous-unité !1. Birnbaumer (Birnbaumer et al., 1998) a démontré que la sous-unité $ était impliquée dans l’augmentation de l’expression fonctionnelle de la sous-unité !1. Dans le réticulum endoplasmique, la sous-unité !1 est maintenue dans un état immature. Bichet et son équipe (Bichet et al., 2000) ont montré que la sous-unité $ était capable de masquer le signal de rétention endoplasmique localisé sur la boucle I-II de la sous-unité !1 permettant ainsi l’assemblage du canal. La sous-unité $ possède plusieurs sites d’interaction comme le domaine SH3 (src homology 3) permettant l’interaction protéine-protéine avec des régions riches en proline et un site BID ($ interaction domain) capable de se lier au domaine AID (! interact domain) de la sous-unité !1. L’adressage à la membrane du canal est ensuite assuré grâce au domaine d’ancrage à la membrane MAS (membrane anchoring sites) de la sous-unité $ (Bogdanov et al., 2000).
D’autre part, la sous-unité $ permet également la modulation des propriétés biophysiques du canal. L’expression seule de la sous-unité !1 génère des courants de faibles intensités. Par contre, lorsque l‘association des sous-unités $ et "1 augmente l’amplitude du courant observé. Cette facilitation s’explique par le fait que la sous-unité $ augmente la probabilité d’ouverture des canaux (Cens et al., 1996).
La diversité des canaux CaV1 dépend de la multiplicité possible d’association des
sous-unités "1 avec les différentes sous-unités auxiliaires qui sont souvent co- exprimées dans les mêmes cellules. De plus, de nombreux variants d'épissage alternatif ont été décrits pour les sous-unités "1, ce qui augmente encore cette diversité. Toutefois, les conséquences fonctionnelles de cette diversité sont mal connues.
Figure 5 : Structure des canaux CaV1 (d’après A. Dolphin, Nature Review, 2012)
La sous-unité !1 des canaux calciques CaV1 est composé de 4 domaines homologues. Le quatrième segment de chaque domaines (en rouge) contient des acides aminés chargés positivement conférant la sensibilité au voltage de ces canaux. La sous-unité $ est constituée d’un domaine d’homologie Scr (SH3 : en rose) et d’un domaine guanylate cyclase (en violet). Cette sous-unité est connectée à une région linker. La sous-unité !2" comprend une sous-unité extracellulaire !2 et d’une sous-unité associée à la membrane : la sous-unité ".
B. Transduction du signal calcique par les canaux CaV1- mode d’action
1. Rôle des canaux CaV1 dans les cellules excitables
De part leur diversité d’expression tissulaire, les canaux CaV1 sont impliqués
dans de nombreux mécanismes. Leur mode d’action est particulièrement bien décrit dans les cellules musculaires, où les canaux CaV1 permettent le couplage
excitation-contraction.
La propagation du potentiel d’action le long de la fibre musculaire permet l’activation des canaux CaV1 qui sont en contact avec les canaux récepteurs à la
ryanodine de type 1 (RyR1) présents à la surface du réticulum sarcoplasmique (RS). L’activation des canaux CaV1.1 entraîne l’ouverture des canaux RyR1 et la
vidange des stocks calciques contenus dans le RS. Les ions Ca2+ ainsi relâchés vont se fixer sur la troponine C et permettent l’activatino de la mise en place des complexes actine-myosine d’où la contraction musculaire.
Les canaux CaV1.2 sont également impliqués dans les phénomènes d’excitation-
contraction mais au niveau du muscle cardiaque. En effet, les canaux CaV1.2
participent au phénomène de « Ca2+-induced Ca2+ release » (CICR), dans lequel ils contribuent à l’augmentation de la concentration calcique intracellulaire en induisant le relargage du Ca2+ contenu dans le RS via les récepteurs canaux RyR2. Cette augmentation de [Ca2+]i permet le couplage excitation-contraction du muscle cardiaque (Perez-Reyes et al., 1998).
Le canal CaV1.2 est également capable de réguler les propriétés des neurones
en activant des voies de signalisation permettant la transcription de certains gènes. Il a été décrit deux mécanismes direct et indirect permettant la transcription de certains gènes. Des études ont montré que les canaux CaV1.2
contrôlaient la transcription de gènes en activant la protéine CREB (Cre-binding protein) via leur interaction avec la calmoduline kinase (Dolmetsch, 2003).