Types de canaux ioniques dans le corps

Les canaux ioniques sont des protéines membranaires, qui jouent un rôle principal dans la régulation de l’excitabilité cellulaire. Ils sont présents dans pratiquement toutes les cellules et ont une importance physiologique cruciale. Sur la base du stimulus auquel ils répondent, les canaux ioniques sont divisés en trois superfamilles : les canaux ioniques voltage-dépendants, ligand-dépendants et mécanosensibles.

Canal ionique. Structure du canal. Image Credit : Designua /

Canaux ioniques dépendant du voltage

Les canaux dépendant du voltage répondent aux perturbations du potentiel de la membrane cellulaire et sont hautement sélectifs pour un ion spécifique, c’est-à-dire Na+, K+, Ca2+ et Cl-. Ils sont ensuite subdivisés en familles basées sur l’ion perméant principal.

• Canal Na+ voltage-gated – Ces canaux sont responsables de la génération de potentiels d’action de longue durée, et sont donc les cibles des anesthésiques locaux, tels que la lidocaïne et la benzocaïne.
• Canaux Ca2+ voltage-gated – Ils régulent les concentrations intracellulaires de Ca2+, et sont donc responsables d’un large éventail de processus biochimiques au sein des cellules. L’un des processus les plus importants régulés par ces canaux est la libération de neurotransmetteurs au niveau des synapses. Les inhibiteurs des canaux calciques sont précieux dans le traitement d’une variété d’affections allant des maladies cardiaques aux troubles anxieux.
• Canaux K+ voltage-dépendants – Ils constituent la classe la plus importante et la plus diversifiée des canaux ioniques voltage-dépendants. Ils sont impératifs dans la génération du potentiel membranaire de repos.
• Canaux Cl- dépendant du voltage – Ces canaux sont présents dans chaque type de neurone et sont impliqués dans la régulation de l’excitabilité et du volume cellulaire. Ils sont également connus pour contribuer au potentiel membranaire de repos.

Ligand-Gated Ion Channels (LGIC)

Les LGIC sont les cibles de nombreux médicaments, tels que les anesthésiques, les antipsychotiques et les antidépresseurs. Ils sont nommés en fonction du ligand auquel ils répondent et sont divisés en trois familles sur la base de critères de biologie moléculaire et de structure protéique.

LGIC « Cys-Loop »

Ils constituent la plus grande classe de LGIC et comprennent les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChR), les récepteurs de l’acide γ-aminobutyrique (GABA), les récepteurs de la 5-hydroxytryptamine-3 (5HT3) et les récepteurs de la glycine. Le nAChR et le 5-HT3R sont des récepteurs excitateurs, tandis que les récepteurs GABA et les récepteurs de la glycine sont de nature inhibitrice.

Les nAChR sont activés de manière endogène par le neurotransmetteur acétylcholine. L’acétylcholine joue un rôle important dans divers processus cognitifs, tels que l’apprentissage, la mémoire et l’attention. C’est également un produit chimique de signalisation important au niveau de la jonction neuromusculaire.

L’activation des récepteurs 5-HT3 joue un rôle important dans une variété de fonctions sympathiques, parasympathiques et sensorielles. Dans le système nerveux central (SNC), les récepteurs 5-HT3 sont impliqués dans les vomissements, la cognition et l’anxiété. Elle contribue à la régulation de divers systèmes cognitifs, physiologiques, émotionnels et métaboliques. Il affecte les processus physiologiques, tels que les habitudes de sommeil, les rythmes circadiens, l’appétit, les niveaux d’agression et la température corporelle.

Le récepteur GABA conduit sélectivement le Cl- à travers son pore, ce qui provoque une hyperpolarisation et une augmentation résultante du seuil de génération du potentiel d’action. Une réduction de la probabilité de génération d’un potentiel d’action entraîne une inhibition neuronale. Le GABA inhibe les régions qui favorisent l’éveil et joue donc un rôle dans le maintien du sommeil. L’altération de la signalisation du GABA est également une raison majeure des troubles anxieux. Les benzodiazépines réduisent l’excitabilité cérébrale indésirable, en augmentant la signalisation du GABA dans le cerveau, et peuvent donc être utilisées pour traiter les troubles anxieux.

Les récepteurs de la glycine servent de médiateurs à l’inhibition synaptique dans la moelle épinière, le tronc cérébral et d’autres régions du système nerveux central. Ils régulent l’excitabilité des neurones moteurs et sensoriels afférents, y compris les fibres de la douleur, et sont également impliqués dans le traitement des signaux visuels et auditifs. Par conséquent, ils représentent une cible prometteuse pour le développement de composés thérapeutiquement utiles.

Récepteurs ionotropiques du glutamate

Ils sont activés par le neurotransmetteur glutamate et médient la plupart des transmissions excitatrices rapides dans le SNC. Ils sont subdivisés en récepteurs de l’acide α-amino-3-hydroxy-5-méthylisoxazole-4-propionique (AMPA), récepteurs du kaïnate et récepteurs du N-méthyl-D-aspartate (NMDA).

Les récepteurs de l’AMPA médient la transmission synaptique excitatrice rapide au niveau de la majorité des synapses centrales. Les récepteurs kainate régulent l’excitabilité neuronale, tandis que les récepteurs NMDA jouent des rôles clés dans la plasticité synaptique.

Récepteurs P2X

Ils sont les canaux ioniques membranaires les plus récemment découverts. Ils sont préférentiellement perméables au Na+, K+ et Ca2+ et sont activés par l’ATP. Les récepteurs P2X sont largement exprimés dans de nombreux tissus et il est démontré qu’ils jouent des rôles clés dans divers processus physiologiques, tels que la transmission nerveuse, la sensation de douleur et diverses réponses inflammatoires.

Canaux ioniques mécanosensibles

Les canaux ioniques répondant aux changements des forces mécaniques sur la membrane cellulaire sont appelés canaux ioniques mécanosensibles. Ces canaux sont impliqués dans la détection et la transduction des forces mécaniques externes en signaux intracellulaires électriques et/ou chimiques.

Les canaux ioniques mécanosensibles sont impliqués dans la régulation de la pression sanguine et du volume cellulaire, la stimulation du développement musculaire et osseux, et les sens de l’ouïe et du toucher. Des études ont montré que ces canaux sont impliqués dans diverses pathologies telles que les arythmies cardiaques, la dystrophie musculaire, la dégénérescence neuronale, la polykystose rénale et les métastases tumorales.

Les canaux ioniques étant responsables de la régulation de fonctions physiologiques majeures, la compréhension de leurs mécanismes au niveau moléculaire est importante. La dernière décennie a observé un travail pionnier dans l’élucidation des structures cristallines des canaux ioniques. Cela a permis de mieux comprendre le fonctionnement des canaux ioniques. La recherche a également conduit à la découverte d’une variété de mutations dans les gènes des canaux ioniques, connues pour être à l’origine des différentes channelopathies. Les recherches futures dans ce domaine seront cruciales pour déchiffrer les causes et les remèdes d’un certain nombre de troubles neurologiques et musculaires.

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Citations

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