Fonctions des canaux de type T

Les canaux calciques de type T sont exprimés dans de nombreux organes. On les retrouve notamment dans le système nerveux mais également dans le cœur, les reins ou encore les organes endocrines. Ils sont ainsi impliqués dans divers mécanismes tels que l’excitabilité cellulaire, le profil de décharge, ou encore la libération de neurotransmetteurs. De plus, grâce à leurs perméabilités au calcium, ils peuvent contrôler différentes fonctions cellulaires comme la transcription de gènes.

4.1 Excitabilité cellulaire et potentiel d’action

Pour des potentiels proches du potentiel de repos des neurones (-60mV), les canaux de type T sont retrouvés majoritairement dans un état inactivé. Lors de l’arrivée d’un potentiel post- synaptique excitateur (EPSP), la dépolarisation induite peut être suffisante pour ouvrir les canaux de type T déclenchant à leur tour une dépolarisation calcique à bas seuil activant les canaux sodiques. Alors activés, ils induisent le déclenchement du potentiel d’action (Llinás and Yarom, 1981). De façon intéressante, une brève hyperpolarisation induite par un potentiel post- synaptique inhibiteur (IPSP) peut être suffisante à la déinactivation des canaux augmentant ainsi la proportion de canaux disponibles pour l’ouverture (Huguenard, 2002). Le retour à un seuil de repos peut entrainer l’ouverture des canaux de type T déclenchant ainsi une bouffée de potentiels d’action. Ce phénomène est appelé « activité de rebond » (Jahnsen, 1986) (Figure 40A).

4.2 Profil de décharge

Les canaux de type T sont impliqués dans les profils de décharge dits en bouffée ou tonique (Figure 40B). Les décharges en bouffée sont essentielles dans le circuit thalamocortical, le cervelet et le gyrus denté de l’hippocampe (Dreyfus et al., 2010; Dumenieu et al., 2018; Molineux et al., 2006; Ulrich and Huguenard, 1997). Ainsi, dans le thalamus, l’expression des différentes isoformes de canaux de type T permet aux neurones du noyau réticulaire (nRT) une décharge en bouffée lente et prolongée, grâce aux cinétiques d’inactivation des canaux Cav3.3 et 3.2. Ces neurones GABAergiques sont impliqués dans la génération de la rythmicité de la

boucle thalamacorticale (Huguenard and Prince, 1992). Les canaux T participent également au profil de décharge tonique des neurones (Huguenard and McCormick, 1992; Liao et al., 2011). Lors de l’activité tonique des neurones RT du thalamus, les intervalles entre les potentiels d’action augmentent progressivement, diminuant ainsi la fréquence de décharge. Dans les souris présentant une délétion génomique constitutive KO Cav3.2, l’activité devient homogène, avec des intervalles constants (Liao et al., 2011).

4.3 Libération de neurotransmetteur

La sécrétion de neurotransmetteurs nécessite l’entrée de calcium dans la terminaison synaptique pour induire la libération vésiculaire. Si la libération rapide de vésicules après un potentiel d’action est dépendante des canaux HVA, la libération lente indépendante du potentiel d’action implique les canaux LVA. En effet, de par leurs propriétés d’activation, ils permettent l’entrée de calcium à des potentiels sous-laminaires au potentiel d’action. Ils ont récemment été liés à la libération de neurotransmetteur au niveau des afférences présynaptiques dans la corne dorsale

Figure 40 | Implication des canaux T aux décharges de potentiels d’action.

(A) Enregistrement in vitro de neurones de l’olive inférieure. Un courant dépolarisant est injecté dans la cellule. 1- Avec une dépolarisation préalable de 4 mV de la membrane, l’injection du courant entraîne un potentiel d’action. 2- Sans dépolarisation préalable, le même courant n’induit pas de potentiel d’action. 3- avec une hyperpolarisation de 6 mV, l’injection de courant entraîne de nouveau un potentiel d’action aux propriétés différentes.

(B) Exemple de décharge tonique dans les neurones RT du thalamus chez des souris sauvages (1) et des souris Cav3.2 KO (2). Une modification des propriétés du profil de décharge est observable chez les souris Cav3.2 KO (A) d’après (Llinás and Yarom, 1981) (B) d’après (Liao et al., 2011).

A B 1 2 3 1 2

de la moelle épinière (François et al., 2015; Huang et al., 2011; Jacus et al., 2012). De plus, le canal Cav3.2 forme un complexe de signalisation avec les protéines de libération de vésicules synaptiques telles que la syntaxine 1A et SNAP25 (Weiss et al., 2012a, 2012b). Enfin, le canal Cav3.2 est associé fonctionnellement à l’inhibition des canaux Kv7 contrôlant la décharge axonale (Martinello et al., 2015) et avec les canaux HCN afin de réguler leurs fonctions présynaptiques (Fan et al., 2017; Huang et al., 2011).

Cette pléiade de fonctions des canaux de types T s’explique par leurs propriétés biophysiques mais également par leurs mécanismes de régulation. Cette régulation est dépendante de leur localisation subcellulaire, des interactions avec les autres protéines, ainsi que des variants d’épissage.

5. Localisation cellulaire

Les canaux de type T sont retrouvés dans de nombreuses structures. L’analyse des ARNm et l’utilisation de l’hybridation in situ a permis de raffiner leurs sites d’expression. Ainsi, ils sont retrouvés dans les muscles, les reins et les tissus endocriniens (Perez-Reyes, 2003) et sont largement exprimés dans le système nerveux (Talley et al., 1999), ce qui a été retrouvé chez l’humain (Williams et al., 1999). Ils sont notamment exprimés dans les différentes structures impliquées dans les voies de la douleur, telles que les neurones sensoriels, la corne dorsale de la moelle épinière ou encore le thalamus et le cortex (Talley et al., 1999) (Figure 41 A-B-C). Les canaux Cav3.2 sont présents dans le soma, les dendrites et les axones (McKay et al., 2006) (Figure 41 D-E). Ils sont notamment retrouvés dans les terminaisons en pré ou postsynaptiques (François et al., 2015) (Figure 41 F). Comme présenté précédement, plusieurs membres de la famille des canaux de type T peuvent être co-exprimés dans un même type cellulaire : c’est le cas, par exemple, dans le thalamus et le cervelet où l’on retrouve les canaux de type Cav3.2 et 3.3 dans les cellules de type en panier du cervelet (Molineux et al., 2006). Enfin, les canaux de type T, et plus particulièrement le canal Cav3.2, sont largement exprimés au niveau du segment initial de l’axone où ils participeront au profil de décharge et à la génération de potentiels d’action (Bender and Trussell, 2009; Dumenieu et al., 2018).

A B C

D

E

Corne dorsale de la moelleépinière

Figure 41 | Localisation subcellulaire des canaux Cav3.2 dans le système nerveux.

(A) Hybridation in-situ des canaux T dans le cerveau de rat (Cav3.1 en jaune, Cav3.2 en rouge, Cav3.3 en bleu).

(B) Hybridation in-situ du canal Cav3.2 dans la moelle épinière. (C-D-E) Immunomarquage du canal Cav3.2 couplé à la protéine GFP. (C) Expression du canal Cav3.2 dans le soma des neurones de DRGs.

(D) Image de microscopie électronique de la moelle épinière. Le canal Cav3.2 est exprimé aux niveaux pré- et post-synaptiques.

(E) Expression du canal Cav3.2 dans le nerf sciatique et la racine dorsale. On observe la présence du canal dans l’axone non myélinisé ainsi qu’au niveau des nœuds de Ranvier (co-marquage avec la paranodine). A-B d’après (Talley et al., 1999), C-D-E d’après (François et al., 2015).