3.2.1 Structure
des transporteurs ABC (ATP Binding Cassette) et plus précisément à la sous-famille ABCC (ABCC7). La famille des protéines transporteurs ABC est extrêmement vaste ; on les retrouve dans l’ensemble du vivant aussi bien chez les eucaryotes que les procaryotes [44]. Ces protéines lient et hydrolysent l’ATP, étape nécessaire à leur activation, permettant ainsi d’assurer des échanges unidirectionnels d’éléments divers (ions, substrats, macromolécules. . . ) au travers des membranes cellulaires [45]. Les
transporteurs ABC sont constitués de quatre domaines :
— deux domaines cytoplasmiques de liaison/hydrolyse des nucléotides : NBD (Nucleotide Binding Domains). Les NBD possèdent trois motifs très conservés, les motifs Walker A et B de fixation de l’ATP et un motif dit « signature » LSGGQ, spécifique des transporteurs ABC, situé entre les motifs de Walker A et B [46]. Le passage des éléments à travers la membrane cellulaire se fait généralement grâce à l’énergie résultant de l’hydrolyse de l’ATP [47] ;
— deux domaines transmembranaires : TMD (TransMembrane Domain) (TMD1 et TMD2) constitués chacun de six segments transmembranaires, (TM : transmem-brane) allant de TM1 à TM6 pour TMD1 et de TM7 à TM12 pour TMD2, dont la nature dépend de l’élément transporté.
CFTR contient aussi trois domaines intracellulaires : deux domaines NBD (NBD1 et NBD2) et un domaine régulateur (R) reliant le NBD 1 au TMD2 et possédant de nombreux sites de phosphorylation [48] (Figure 3.3) . Le domaine R est codé par un exon unique, le 13èmeexon spécifique à la protéine CFTR. Afin de permettre l’ouverture du canal CFTR par le MgATP, la phosphorylation du domaine R par les protéines kinases A et C (PKA, PKC) est une étape primordiale. On retrouve aussi, au niveau de la 4ème boucle extracellulaire reliant les segments TM7 et TM8 deux sites de N-glycosylation au niveau des asparagines 894 et 900 (N894 et N900). La grande majorité de la protéine (environ 80 %) est cytoplasmique, y compris ses domaines N et C terminaux, le reste étant soit transmembranaire (16 %) soit extracellulaire (4 %) [49, 50].
Figure 3.3:Structure CFTR (A). Schémas de l’organisation des domaines de CFTR (d’après [51]). (B) Structure moléculaire du CFTR humain.(d’après [52])
3.2.2 Fonction de la protéine CFTR
La protéine CFTR forme un canal anionique permettant la diffusion passive des ions Cl
-indépendamment du voltage cellulaire, mais dépendant de l’AMPc (phosphorylation
via PKA et PKC), et de la fixation et l’hydrolyse de l’ATP [53, 54]. Le mécanisme
de sélectivité anionique est lié aux segments transmembranaires TM1 et TM6 [55, 56]. La séquence de sélectivité du canal CFTR est : Br-(Bromure)>Cl-(Chlorure)>I
-(Iodure)>F-(Fluorure). Cette perméabilité au ions Cl-plus importante que celle des ions I-permet de discriminer CFTR des autres canaux Cl-[57].
Malgré une sélectivité plus grande pour les anions, CFTR semble être perméable au tripeptide glutathion (GSH) qui est l’antioxydant le plus abondamment retrouvé dans les cellules pulmonaires [58]. CFTR est une protéine régulatrice de l’activité d’autres canaux ioniques. Ainsi, il a été montré que la présence de CFTR est indispensable à l’activation du canal ORCC (Outwardly Rectifying Chloride Channel) par les PKA [48]. De plus, CFTR régule négativement le canal sodique ENaC (Epithelial Na+
Channel) [48]. L’absence de l’activité canal Cl-associée à CFTR a pour conséquence une hyper-absorption de Na+, ce qui participe à la déshydratation du mucus [59]. En outre, CFTR régule négativement l’activité des canaux potassiques ROMK (Renal Outer
Medullary Potassium Channel) [60]. Il a également été démontré que la protéine CFTR
régule positivement l’activité de certaines aquaporines qui participent activement à l’hydratation du mucus [61, 62] (Figure3.4).
Figure 3.4:Schémas de la conséquence d’un défaut de CFTR sur l’activité d’autres canaux ioniques dans (A) un épithélium sain et (B) dans un épithélium de type mucovis-cidosique (d’après [63])
En conclusion, l’expression apicale de CFTR au niveau des cellules épithéliales des conduits bronchiques, digestifs et reproducteurs ainsi que son rôle important, direct ou indirect, dans la régulation du transport ionique et hydrique permettent la production d’un fin mucus qui participe au bon fonctionnement des voies aériennes, ainsi que des systèmes digestif et reproducteur.
3.2.3 Mutations au niveau du gène CFTR
Aujourd’hui, plus de 2000 mutations ont été identifiées sur le gène CFTR. Les plus fréquentes sont les mutations faux-sens (48,7 %), suivies par les mutations dues aux modifications du cadre de lecture causées par une petite insertion ou délétion (19,5 %), puis les mutations altérant des codons essentiels pour l’épissage (15,7 %) et enfin des mutations non-sens (12,9 %) [http ://www.genet.sickkids.on.ca]. En fonction du comportement cellulaire de CFTR, ces mutations ont été classées en six classes [64]. Les trois dernières classes sont associées à un phénotype mucoviscidosique modéré, les trois premières quant à elles, sont beaucoup plus sévères (Figure3.5).
Figure 3.5:Liste des six différentes classes de mutation de CFTR et leurs conséquences cellulaires (d’après [65])
— Les mutations de classe I conduisent à un défaut de production de la protéine CFTR qui est complètement absente, ce sont les deuxièmes mutations les plus fréquentes.
— Les mutations de classe II conduisent à un défaut de maturation de CFTR, ce qui a pour conséquence d’affecter l’adressage de la protéine du réticulum endoplas-mique (RE) vers l’appareil de Golgi. Ceci est dû à une mauvaise glycosylation et à un mauvais repliement (changement dans la structure tertiaire) de la protéine CFTR. Bien qu’elle soit partiellement fonctionnelle, CFTR est alors reconnue et dégradée par le système de dégradation ubiquitine/protéasome [64]. La mutation delF508, qui correspond à la délétion d’un résidu phénylalanine à la position 508 de la protéine CFTR, est de loin la plus fréquente (environ 70%). On la retrouve particulièrement dans la population caucasienne [66].
— Dans le cadre des mutations de classe III et IV, la protéine CFTR est normalement traduite et adressée à la membrane apicale, mais elle n’est pas fonctionnelle. Dans le cas des mutations de classe III, on observe un défaut de régulation de CFTR dû à une diminution de la phosphorylation du domaine R. Pour les mutations de classe IV on observe une altération de la conduction du canal qui peut se traduire par des modifications de la sélectivité ou une diminution du flux ionique.
— Les mutations de classe V résultent d’une altération de la stabilité de l’ARN messager conduisant à la diminution du nombre de copies de CFTR et donc du nombre de protéines CFTR adressées à la membrane apicale.
— Les mutations de classe VI sont à l’origine de l’altération de la stabilité de la protéine CFTR mature au niveau de la membrane apicale.
3.2.4 Approches thérapeutiques fondamentales
Depuis la découverte de CFTR, de nombreux progrès en termes de soins médicaux ont été réalisés. Bien que l’espérance de vie soit d’environ une cinquantaine d’années en moyenne pour les patients, la mucoviscidose reste une maladie incurable. Il existe deux approches thérapeutiques fondamentales. La première consiste en des traitements multiples destinés à soulager les symptômes de la maladie en ciblant les problèmes pulmonaires (infection, mucus). Cependant, ces traitements n’ont qu’une approche symptomatique. La seconde consiste à cibler les causes premières de la maladie, c’est-à-dire à refaire fonctionner la protéine CFTR défectueuse en la remplaçant par thérapie génique ou à l’aide de moyens pharmacologiques. Comme décrit précédemment, le dysfonctionnement de la protéine CFTR serait à l’origine de la maladie, il semble donc logique de penser qu’une correction de son activité soit la clé de la guérison pour les patients. En effet, la restauration de la sécrétion chlorure est l’enjeu majeur du développement de thérapeutiques pharmacologiques de la mucoviscidose [67]. À ce jour, il est possible d’agir grâce à des composants pharmacologiques sur CFTR en ciblant son système de régulation ou directement sur le canal par l’intermédiaire d’activateurs ou de potentiateurs directs ou indirects [68–70] (Figure3.6).
Figure 3.6:Mécanismes d’action et cibles des modulateurs pharmacologiques de CFTR dis-ponibles pour les patients atteints de mucoviscidose ou en développement pré-clinique (d’après [71])