Les bases moléculaires du mécanisme d'action des ouvreurs potassiques sur les canaux K ATP - Université Grenoble Alpes Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2002

Molecular basis of mchanism of action of potassium openers on the channels K ATP

Les bases moléculaires du mécanisme d'action des ouvreurs potassiques sur les canaux K ATP

Christophe J Moreau

Résumé

Depuis leur découverte en 1983 par Akinari Noma (Noma, 1983), puis le clonage des sous-unités qui les composent en 1995 et 1996 (Aguilar-Bryan et al., 1995 ; Inagaki et al., 1996 ; Inagaki et al., 1995a ; Inagaki et al., 1995b ; Sakura et al., 1995a), de nombreux travaux ont permis de mieux comprendre la structure et la fonction des canaux potassiques sensibles à l'ATP (KATP). Ces canaux ont des rôles primordiaux dans différents tissus (pancréas, muscles lisses, muscles squelettiques, muscles cardiaques, cerveau, hypophyse, rein) et organelles (membrane interne des mitochondries), en couplant l'activité métabolique des cellules, via l'ATP, au potentiel de membrane. Aussi sont-ils une cible thérapeutique très importante pour le traitement des pathologies liées à la dérégulation de la sécrétion d'insuline, à la protection du myocarde cardiaque durant les ischémies, ou encore pour minimiser les conséquences de l'hypertension sur le système vasculaire, et plus généralement pour la lutte contre les pathologies liées au stress (Terzic et Vivaudou, 2001). Par conséquent, les agents pharmacologiques ciblant spécifiquement un type cellulaire comme les cellules b pancréatiques, mais n'ayant aucune action (effet secondaire) sur les canaux KATP des autres tissus tel que le myocarde, sont très recherchés. Il reste néanmoins beaucoup à faire pour dévoiler les mécanismes par lesquels les régulateurs endogènes ou pharmacologiques agissent sur l'ouverture ou la fermeture du canal. Afin d'élucider la complexité des systèmes de régulation de ce canal, la première étape consiste à localiser le site d'interaction des molécules à forts potentiels thérapeutiques, et dans le cas de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur la recherche du site de fixation des ouvreurs potassiques qui sont des agents hyperglycémiants hypo-insulinémiques et/ou antihypertensifs. Les travaux qui seront présentés dans ce mémoire sont regroupés en deux parties : le premier chapitre concernera les études d'interactions entre les ligands endogènes (MgATP, MgADP) et les ouvreurs potassiques, tandis que le deuxième chapitre se focalisera principalement sur la localisation des régions du récepteur des sulfonylurées, importantes pour l'action des ouvreurs. Mais avant d'exposer plus précisement ces résultats, une introduction du sujet s'impose. Cette introduction sera divisée en trois parties : 1) une description succincte des canaux ioniques et plus précisément des canaux potassiques rectifiants entrants ; 2) une présentation générale des transporteurs ABC (ATP Binding Cassette) humains ; 3) une description des canaux KATP. Dernier point avant de débuter la présentation des canaux ioniques : on peut s'interroger- sur le choix d'étudier ce canal plutôt que d'autres tout aussi importants. La raison originelle est historique, . En effet, lors de mesures de courants sur des fibres musculaires squelettiques de Xénope, l'équipe de Michel Vivaudou a mis en évidence en 1991 (Vivaudou et al., 1991), la présence de canaux ayant des propriétés proches de celles décrites par Spruce et al. en 1985 pour les canaux KATP du muscle squelettique. Les expériences se sont alors succédées sur les canaux KATP natifs des fibres musculaires squelettiques, mettant en évidence le rôle du magnésium et de l'ADP (Forestier et Vivaudou, 1993a), des protons sur l'effet des ouvreurs potassiques et sur la régulation du canal avec les nucléotides (Forestier et al., 1993 ; Vivaudou et Forestier, 1995 ; Forestier et al., 1996), ainsi que sur l'effet activateur et inhibiteur dose–dépendant du bisG-10 sur les canaux KATP de muscle squelettique de souris et de grenouille (Allard et al., 1995). Tout naturellement, après le clonage des sous-unités des canaux KATP en 1995, les expériences prirent une nouvelle orientation en 1997 en utilisant l'expression hétérologue des canaux KATP dans les ovocytes de Xénope, afin de caractériser des canaux de type sauvage, chimérique ou mutant comme cela est décrit tout au long de ce mémoire.
Depuis leur découverte en 1983 par Akinari Noma (Noma, 1983), puis le clonage des sous-unités qui les composent en 1995 et 1996 (Aguilar-Bryan et al., 1995 ; Inagaki et al., 1996 ; Inagaki et al., 1995a ; Inagaki et al., 1995b ; Sakura et al., 1995a), de nombreux travaux ont permis de mieux comprendre la structure et la fonction des canaux potassiques sensibles à l'ATP (KATP). Ces canaux ont des rôles primordiaux dans différents tissus (pancréas, muscles lisses, muscles squelettiques, muscles cardiaques, cerveau, hypophyse, rein) et organelles (membrane interne des mitochondries), en couplant l'activité métabolique des cellules, via l'ATP, au potentiel de membrane. Aussi sont-ils une cible thérapeutique très importante pour le traitement des pathologies liées à la dérégulation de la sécrétion d'insuline, à la protection du myocarde cardiaque durant les ischémies, ou encore pour minimiser les conséquences de l'hypertension sur le système vasculaire, et plus généralement pour la lutte contre les pathologies liées au stress (Terzic et Vivaudou, 2001). Par conséquent, les agents pharmacologiques ciblant spécifiquement un type cellulaire comme les cellules b pancréatiques, mais n'ayant aucune action (effet secondaire) sur les canaux KATP des autres tissus tel que le myocarde, sont très recherchés. Il reste néanmoins beaucoup à faire pour dévoiler les mécanismes par lesquels les régulateurs endogènes ou pharmacologiques agissent sur l'ouverture ou la fermeture du canal. Afin d'élucider la complexité des systèmes de régulation de ce canal, la première étape consiste à localiser le site d'interaction des molécules à forts potentiels thérapeutiques, et dans le cas de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur la recherche du site de fixation des ouvreurs potassiques qui sont des agents hyperglycémiants hypo-insulinémiques et/ou antihypertensifs. Les travaux qui seront présentés dans ce mémoire sont regroupés en deux parties : le premier chapitre concernera les études d'interactions entre les ligands endogènes (MgATP, MgADP) et les ouvreurs potassiques, tandis que le deuxième chapitre se focalisera principalement sur la localisation des régions du récepteur des sulfonylurées, importantes pour l'action des ouvreurs. Mais avant d'exposer plus précisement ces résultats, une introduction du sujet s'impose. Cette introduction sera divisée en trois parties : 1) une description succincte des canaux ioniques et plus précisément des canaux potassiques rectifiants entrants ; 2) une présentation générale des transporteurs ABC (ATP Binding Cassette) humains ; 3) une description des canaux KATP. Dernier point avant de débuter la présentation des canaux ioniques : on peut s'interroger- sur le choix d'étudier ce canal plutôt que d'autres tout aussi importants. La raison originelle est historique, . En effet, lors de mesures de courants sur des fibres musculaires squelettiques de Xénope, l'équipe de Michel Vivaudou a mis en évidence en 1991 (Vivaudou et al., 1991), la présence de canaux ayant des propriétés proches de celles décrites par Spruce et al. en 1985 pour les canaux KATP du muscle squelettique. Les expériences se sont alors succédées sur les canaux KATP natifs des fibres musculaires squelettiques, mettant en évidence le rôle du magnésium et de l'ADP (Forestier et Vivaudou, 1993a), des protons sur l'effet des ouvreurs potassiques et sur la régulation du canal avec les nucléotides (Forestier et al., 1993 ; Vivaudou et Forestier, 1995 ; Forestier et al., 1996), ainsi que sur l'effet activateur et inhibiteur dose–dépendant du bisG-10 sur les canaux KATP de muscle squelettique de souris et de grenouille (Allard et al., 1995). Tout naturellement, après le clonage des sous-unités des canaux KATP en 1995, les expériences prirent une nouvelle orientation en 1997 en utilisant l'expression hétérologue des canaux KATP dans les ovocytes de Xénope, afin de caractériser des canaux de type sauvage, chimérique ou mutant comme cela est décrit tout au long de ce mémoire.
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Citer

Christophe J Moreau. Les bases moléculaires du mécanisme d'action des ouvreurs potassiques sur les canaux K ATP. Biologie structurale [q-bio.BM]. Université Joseph Fourier (Grenoble 1), 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03534013⟩
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