Régulation du volume cellulaire

Le volume des cellules est régulé constamment par des mouvements d’eau et d’électrolytes au travers de la membrane plasmique via différents canaux et transporteurs qui vont conduire au gonflement ou à la réduction du volume cellulaire en fonction des conditions. Ces changements de volume vont être particulièrement importants lors des changements d’osmolarité du milieu extérieur.

Le stress hyperosmolaire induit rapidement une diminution du volume cellulaire. La régulation du volume cellulaire se met ensuite en place pour restaurer le volume initial de la cellule. Pour cela, la cellule va rapidement mettre en œuvre le RVI, un phénomène durant lequel l’eau et les électrolytes sont captés dans la cellule afin de restaurer son volume, et cela dans le but de conserver une osmolarité égale à l'extérieur et à l'intérieur de la cellule.

A l'opposé, lors d'un stress hypo-osmolaire, un gonflement cellulaire par accumulation d'eau va se produire, puis la cellule va mettre en place le Regulatory Volume Decrease (RVD) qui permettra l’efflux d’eau et d'électrolytes hors de la cellule et la restauration du volume cellulaire initial. Ces régulations mettent en jeu des mouvements d’eau ainsi que l'entrée ou la sortie d'ions grâce à des systèmes de transport d'influx de NaCl pour le RVI ou d'efflux de KCl pour le RVD.

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1.2.1.2.1. Systèmes de transport impliqués dans le RVI et le RVD

Les systèmes de transport ionique peuvent être classés selon qu'ils interviennent au cours du RVI ou du RVD (Figure 19).

Adapté de Hoffmann et al., 2009 (167)

Figure 19. Phénomènes de régulation du volume cellulaire (RVD et RVI) - RVD : l'antiport Cl^-/HCO3^- (AE), les canaux potassium ou chlorure sensibles au volume (I_K,vol) (I_Cl,vol), les canaux potassium ou chlorure activés par le calcium (I_K,Ca) (I_Cl,Ca), le cotransporteur K⁺/Cl^- (KCC). RVI : l'antiport Cl^-/HCO3^- (AE), l'antiport Na⁺/H⁺ (NHE), le cotransporteur Na⁺/K⁺/2Cl -(symport) (NKCC) et les canaux à cations induits par l'hypertonicité (HICC).

Dans un stress hyperosmolaire, la cellule va se rétrécir et le phénomène de RVI va se mettre en place. Ce phénomène est basé sur l'entrée couplée d'eau et de sodium à l'intérieur de la cellule. Il met principalement en jeu :

• les échangeurs Na⁺/H+ antiport (NHE) et Cl-/HCO3- antiport (AE) (168–170), • les cotransporteurs Na⁺/K+/2Cl- (symport) (NKCC) et Na+/Cl- (antiport) (171,172),

• les canaux perméables au sodium appelés Na⁺/permeable nonselective cation (NSC) (173),

• les canaux epithelial sodium channels (ENaCs) (174,175),

• les canaux transient receptor potential vanilloid channels (TRPV) (176),

• les canaux à cations appelés hypertonicity-induced cation channels (HICCs) activés par le rétrécissement celllulaire.

L’eau va suivre le flux sodique à l’intérieur de la cellule et ainsi contribuer au RVI (169). L'hyperosmolarité stimule certains de ces canaux impliqués dans la restauration du volume cellulaire RVI, tels que le NKCC ou le TRPV (176,177). Notons que ces canaux peuvent également être modulés par d'autres stimuli, comme c'est le cas du TRPV qui peut être modulé par certains médiateurs inflammatoires (178). Il a également été montré que les MAPKs avaient un rôle dans le phénomène de RVI et dans la stimulation de certains de ces canaux, le TRPV notamment (176,179).

44 Lors d'un stress hypo-osmolaire, la cellule va gonfler et le phénomène de RVD va se mettre en place. Dans le RVD, plusieurs transporteurs majeurs entrent en jeu afin de contribuer à l’efflux d’ions potassium et chlorure hors de la cellule accompagnés de la sortie d’eau :

• le cotransporteur K⁺/Cl- (KCC) (symport) (180,181), • le canal d'efflux de potassium (K⁺/H⁺) (antiport), • le canal d'efflux de chlorure (Cl^-/HCO3^-) (antiport),

• les canaux ioniques au potassium (volume-sensitive- (IK,vol) ou Ca2+

-activated- (IK,Ca) potassium channel) ainsi que ceux au chlorure (volume-sensitive- (ICl,vol) ou Ca2+

-activated- (ICl,Ca) chlorure channel)

• le canal volume-sensitive outwardly rectifying Cl^- channel (VSOR) (182).

La sortie d'adénosine triphosphate (ATP) (183) ou celle d’osmolytes "compatibles" comme la taurine (184) peut également participer au RVD.

La présence à la surface de l'œil des canaux impliqués dans le RVI et le RVD a été rapportée dans plusieurs études. Les canaux EnaC ont été mis en évidence dans de nombreux tissus de l'œil, dont la conjonctive et la cornée notamment (185–187). Les canaux TRPV sont également présents à la membrane des cellules épithéliales conjonctivales et cornéennes et leur rôle dans les conditions hyperosmolaire a été démontré sur ces types cellulaires (176,188). Sur les cellules cornéennes, il a été mis en évidence que le TRPV1 était en partie responsable de la libération des cytokines pro-inflammatoires IL-6 et IL-8 via la voie des MAPKs induite par l'hyperosmolarité (176,189). Les canaux NKCC ont également été détectés sur les cellules cornéennes (190). Il a été observé que leur activation était dépendante de p38 et qu'ils possédaient un rôle dans le RVI induit par l'hyperosmolarité (171,172). Les canaux KCC ont également été identifiés dans les cellules cornéennes et leur rôle dans le RVD a été confirmé (181).

1.2.1.2.2. Aquaporines

Parallèlement à la régulation du volume cellulaire par les canaux ioniques, des canaux perméables à l’eau et à certains osmolytes, les aquaporines (AQPs), entrent en jeu. Les AQPs sont des petites protéines insérées dans la membrane qui forment des pores dans celle-ci. Leur fonction principale est de faciliter les mouvements d'eau entre l'extérieur et l'intérieur de la membrane en fonction des gradients osmotiques (191,192). La perméabilité des AQPs permet de les classer en deux groupes : les AQPs "classiques" perméables uniquement à l'eau (AQP-0/1/2/4/5/6/8) et les aquaglycéroporines (AQP-3/7/9/10) perméables à l'eau, au glycérol ainsi qu'à d'autres molécules de faible taille (193). Les AQPs augmentent ainsi la perméabilité de la membrane plasmique dans laquelle elles sont insérées, une membrane déjà perméable par phénomène d'osmose. Il a en outre été montré que l'expression d'AQP1 et d'AQP2 était augmentée en cas de stress hyperosmolaire (177,194) et que ces conditions induisaient également AQP5, via la voie de signalisation ERK (195).

Les AQPs sont également largement présentes au niveau de l'œil, avec une distribution spécifique (191,196) (Figure 20). Concernant la surface oculaire, l'AQP1 est présente au niveau de l'endothélium cornéen. L'AQP3 est présente dans l'épithélium cornéen et la conjonctive où son expression est augmentée dans un modèle murin de sécheresse oculaire (197). L'AQP5 est présente sur l'épithélium cornéen et dans les glandes lacrymales, où elle participerait à la sécrétion des larmes (198).

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In Verkman, 2008 (191)

Figure 20. Sites d’expression des AQPs dans l’œil.