Régulations de l’activité du canal à sodium Na v 1.5

x Régulation lors de sa synthèse

La synthèse de l’ARNm SCN5A est régulée. En effet, le traitement par la mexiletine de cardiomyocytes de rat en culture augmente l’expression d’ARNm de SCN5A, (Kang et al., 1997). De même, l’augmentation de la concentration en calcium intracellulaire par un ionophore calcique conduit à une diminution de la quantité de SCN5A (Duff et al., 1992) (figure 39).

Figure 39 : Régulation de l’expression et du trafic intracellulaire du principal canal à sodium cardiaque Na_v1.5.

(adapté de Herfst et al., 2004)

A. Topologie de la sous-unité Į de Nav1.5 présentant les motifs de régulation, les sites de fixation potentiels des protéines accessoires et les sites de phosphorylation par les PKA. B. Représentation schématique du transport et des principaux évènements de régulation. Les isoformes mineures cardiaques Na_v1.1, Na_v1.3 et Na_v1.6, responsables de moins de 5% du courant sodique cardiaque, sont aussi indiquées au niveau de la membrane.

ȕx: sous-unité ȕ ; Cv: cavéoles ; IcD: disques intercalaires ; Ls: lysosome ; glyc: N-glycosylation ; Nu: noyau ; phos: phosphorylation ; RER: réticulum endoplasmique rugueux ; TE: éléments tubulaires ; TT: tubule transverse ; TV: vésicule de transport.

Le transport du réticulum endoplamique (RE) à l’appareil de Golgi de la protéine Nav1.5 (SCN5A) fait également l’objet d’une régulation. En effet, la présence de trois motifs de rétention au RE de type RXR au niveau de la principale boucle cytoplasmique reliant DI à DII de Nav1.5 peut conduire à une inhibition du transport de ce canal vers le Golgi (Zhou et

al., 2002) (figure 39). De plus, la phosphorylation du second motif RXR par la protéine Kinase A (PKA) augmente le courant sodique, suggérant que cette phosphorylation du canal abolit sa rétention au niveau du RE. Cependant, la suppression du site RXR conduit à une diminution du courant sodique suggérant une fonction différente de ce site. Il pourrait alors réguler le recrutement du canal au niveau des cavéoles. D’autres motifs à l’extrémité C-terminale, tels que le motif DXE ou le motif liant le domaine PDZ, pourraient aussi être impliqués dans le transport du canal du RE au Golgi. En effet, le motif de Nav1.5, liant le domaine PDZ, pourrait lier le domaine PDZ de la syntrophine Ȗ2, lui permettant ainsi d’interagir avec le cytosquelette d’actine (Herfst et al., 2004). Il est à noter que des mutations des sites de régulation du trafic de Nav1.5, qui entraînent un déficit en canal à la surface cellulaire, peuvent conduire à des défauts cardiaques tels que le syndrome de Brugada ou des troubles de la conduction cardiaque (CCD) (Baroudi et al., 2001 ; Baroudi et al., 2002 ; Bezzina et al., 2003 ; Herfst et al., 2003 ; Probst et al., 2003).

Enfin, le nombre de canaux à la surface de la cellule peut être régulé par ubiquitinylation. En effet, il a été montré que l’expression de l’ubiquitine ligase Nedd4 réduit de 40% le courant sodique dans des cardiomyocytes de rat. Via son domaine WW (contenant deux tryptophanes), Nedd4 interagirait avec le motif PY (riche en proline) de Nav1.5, entraînant son ubiquitinylation puis son internatisation, ce qui conduirait à sa dégradation ou à son recyclage (Abriel et al., 2000). L’observation d’une fraction de canaux Na_v1.5 ubiquitinylés dans le cœur de souris renforce ce modèle (van Bemmelen et al., 2004).

x Régulation de l’activité du canal Nav1.5 au niveau de la membrane

La concentration de calcium intracellulaire [Ca²⁺] régule l’activité des canaux Na_v1.5

via la calmoduline (CaM) et la CaMKII. En effet, la calmoduline peut interagir avec Nav1.5 au niveau de deux sites : le motif IQ localisé en C-terminal de Nav1.5, et le domaine CaMBD (CalModulin Binding Domain) localisé au niveau de la boucle intracellulaire reliant DIII à DIV. Lorsque la concentration de calcium intracellulaire est à un niveau basal, la CaM est en interaction avec le motif IQ du canal. Cependant, lorsque cette concentration augmente, le Ca²⁺ se fixe à la CaM entraînant des changements conformationnels et la CaM se lie alors aux

Tableau 9 : Récapitulatif des protéines régulant l’expression ou l’activité de SCN5A.

(adapté de Shy et al., 2013)

Les sous-unités ȕ n’apparaissent pas dans ce tableau.

SAP97: Synapse-Associated Protein 97 ; PTPH1: Protein Tyrosine Phosphatase ; MOG1: Multi-copy suppressor Of Gsp1 ; FGF: Fibroblast Growth Factor ; GPD1-L: Glycerol-3-Phosphate Dehydrogenase-Like protein ; ZASP: Z-band-Alternatively Spliced-PDZ motif protein ; ND: Non Déterminé.

Protéines FGF modulation de l'activité du canal et de la densité des canaux à la membrane C-ter

ZASP mutation de ZASP induit un retard d'activation du canal ND

Téléthonine modulation de l'activation dépendante du voltage ND

Calmoduline modulation de l'activité du canal en fonction de la [Ca2+] motif IQ en C-ter et domaine CaMBD

motif en C-ter liant le domaine PDZ motif PY en C-ter boucle intracellulaire DI-DII motif en C-ter liant le domaine PDZ

implication dans le transport à la membrane plasmique

réduction du courant sodique

boucle intracellulaire DII-DIII boucle intracellulaire DII-DIII boucle intracellulaire DIII-DIV

ND SAP97 Ankyrine-G MOG1 Į-actinine 2 Desmogléine-2 PTPH1 Nedd4-like E3 ubiquitine ligase

Calmoduline kinase II

ancrage à la membrane plasmique

phosphorylation et modulation de l'activité du canal ubiquitinylation et internalisation phosphorylation et modulation de l'activité du canal

ciblage à la membrane plasmique implication dans le transport à la membrane plasmique

Protéine Effets sur Nav1.5 Motifs de liaison sur Nav1.5

adaptation au complexe dystrophine/ utrophine

Syntrophine motif en C-ter liant le domaine PDZ

mutation de GPD1-L induit une diminution du courant sodique ND

14-3-3Ș modulation de l'inactivation du canal boucle intracellulaire DI-DII

Plakophiline-2 sa déplétion induit une réduction du courant sodique ND

Cavéoline-3 mutation de la cavéoline-3 induit un courant sodique persistant ND

deux motifs IQ et CaMBD de Nav1.5. Ceci réduit la capacité d’inactivation du canal Nav1.5, augmentant ainsi le courant sodique (Sarhan et al., 2009 ; Chagot et al., 2011 ; Sorensen, 2013).

De même, la sérine-thréonine kinase dépendante de Ca²⁺/Calmoduline (CaMKII) régule le fonctionnement de Nav1.5. En effet, à faible concentration de calcium intracellulaire, la CaMKII est sous forme d’holoenzyme inactive ; mais lorsque cette concentration augmente, le calcium se fixe à la CaM, qui interagit alors avec le domaine régulateur de la CaMKII et l’active. La CaM s’autophosphoryle puis phosphoryle la sérine S571 de la boucle reliant DI à DII de Nav1.5, réduisant ainsi le courant sodique (Rokita and Anderson, 2012). Une augmentation de la phosphorylation de CaMKII et de Nav1.5 a été observée dans des échantillons de cœur provenant de personnes atteintes d’insuffisance cardiaque (Koval et al., 2012).

La protéine 14-3-3, connue pour être impliquée dans le transport à la membrane cellulaire de protéines membranaires, ne jouerait pas de rôle dans le transport de Nav1.5. Cependant, cette protéine est capable d’interagir avec la partie N-terminale de la boucle intracellulaire liant DI à DII de Nav1.5 et d’affecter ses propriétés biophysiques telles que son inactivation et son retour après inactivation (Abriel, 2010). De même, d’autres protéines telles que la Cavéoline 3, l’ Į1 syntrophine, la GPD1L (« glycerol-3-phosphate deshydrogenase like »), la PTPH1 (« Protein tyrosine phosphatase 1 »), la téléthonine et la plakophiline-2 interagiraient et réguleraient l’activité du canal Nav1.5. Par exemple, la plakophiline-2, localisée au niveau des desmosomes des disques intercalaires, interagirait avec le canal Nav1.5 et la connexine 43, servant ainsi d’intermédiaire entre ces deux protéines. Toutefois, le rôle physiologique de ces interactants reste à démontrer (Abriel, 2010).

Enfin, il a été retrouvé chez un patient atteint du syndrome de Brugada, une mutation de Na_v1.5 au niveau de son domaine de liaison à l’ankyrine-G (ANK3), conduisant à la perte de liaison entre ces deux protéines. De plus, la déplétion de l’ankyrine-G, une protéine permettant l’attachement d’une protéine membranaire à la membrane plasmique, entraîne une diminution de l’expression de Na_v1.5 (Mohler et al., 2004). L’ensemble de ces protéines régulant le canal Na_v1.5 est présenté dans le tableau 9.

x Régulation de l’activité du canal Nav1.5 par les sous-unités ȕ

Les quatre sous-unités ȕ modulent l’expression à la membrane plasmique ainsi que l’activité du canal Nav1.5, d’où leur nom de sous-unités auxiliaires. En effet, il a été décrit que

Figure 40 : Mutations de SCN5A associées au syndrome du QT long de type 3.

(adapté de Zimmer et al., 2008)

De nombreuses mutations conduisant à un courant persistant touchent des résidus au niveau du segment S4 du domaine IV (recevant le signal électrique qui permet le début de l’inactivation), de la boucle d’inactivation reliant le domaine DIII à DIV, et de la partie C-terminale intracellulaire du canal à sodium.

des mutations des sous-unités ȕ conduisent à des troubles cardiaques liés à une altération de l’expression et l’activité du canal sodique. Les sous-unités ȕ1 et ȕ1B, interagissent avec la boucle reliant S5 et S6 des domaines DI et DIV de la sous-unité Į du canal et augmenteraient le courant sodique. Ainsi, des mutations dans le gène SCN1B, conduisent à des CCD, des fibrillations auriculaires (AF) et au syndrome de Brugada (SB). Des mutations dans le gène

SCN2B conduisent à des AF, celles dans le gène SCN3B à des fibrillations ventriculaires et

SB, et celles dans le gène SCN4B conduisent au syndrome du QT long (Medeiros-Domingo et

al., 2007 ; Watanabe et al., 2008 ; Watanabe et al., 2009 ; Valdivia et al., 2010 ; Rook et al.,

2012). En accord avec ces observations, les expériences de patch clamp montrent que la co-expression de la sous-unité ȕ1 avec Nav1.5 entraîne une augmentation de la densité de courant, un déplacement négatif de la courbe d’activation (indiquant un gain de fonction de l’activité du canal), ainsi qu’un retard de la courbe d’inactivation (indiquant un gain de fonction de l’activité du canal). De même, la sous-unité ȕ3 conduit à une augmentation de la densité de courant passant par Nav1.5. Au contraire, les sous-unités ȕ2 et ȕ4 ne présentent pas d’effet sur la densité de courant passant par Nav.1.5.