Il existe plusieurs types de canaux calciques à déclenchement en haute tension (HVGCC). Ils sont structurellement homologues entre différents types; ils sont tous similaires, mais pas structurellement identiques. En laboratoire, il est possible de les distinguer en étudiant leurs rôles physiologiques et/ou leur inhibition par des toxines spécifiques. Les canaux calciques à haute tension comprennent le canal neuronal de type N bloqué par la ω-conotoxine GVIA, le canal de type R (R signifie Résistant aux autres bloqueurs et toxines, sauf SNX-482) impliqué dans des processus mal définis dans le cerveau, le canal de type P / Q étroitement lié bloqué par les ω-agatoxines, et les canaux de type L sensibles à la dihydropyridine responsables du couplage excitation-contraction du muscle squelettique, lisse et cardiaque et de la sécrétion d’hormones dans les cellules endocrines.
| Current type | 1,4-dihydropyridine sensitivity (DHP) | ω-conotoxin sensitivity (ω-CTX) | ω-agatoxin sensitivity (ω-AGA) |
| L-type | blocks | resistant | resistant |
| N-type | resistant | blocks | resistant |
| P/Q-type | resistant | resistant | blocks |
| R-type | resistant | resistant | resistant |
La référence de la table se trouve à Dunlap, Luebke et Turner (1995).
sous-unité α1dit
Le pore de la sous–unité α1 (~190 kDa en masse moléculaire) est la sous-unité primaire nécessaire au fonctionnement du canal dans le HVGCC, et se compose des quatre domaines I-IV homologues caractéristiques contenant six hélices α transmembranaires chacune. La sous-unité α1 forme le pore sélectif Ca2 +, qui contient des machines de détection de tension et les sites de liaison aux médicaments / toxines. Un total de dix sous-unités α1 qui ont été identifiées chez l’homme: la sous-unité α1 contient 4 domaines homologues (étiquetés I-IV), chacun contenant 6 hélices transmembranaires (S1–S6). Cette disposition est analogue à un homo-tétramère formé par des sous-unités à domaine unique de canaux potassiques à chaîne de tension (qui contiennent également chacune 6 hélices TM). L’architecture à 4 domaines (et plusieurs sites de régulation clés, tels que la main EF et le domaine IQ à l’extrémité C) est également partagée par les canaux sodiques à circuit fermé en tension, qui seraient liés de manière évolutive aux VGCC. Les hélices transmembranaires des 4 domaines s’alignent pour former le canal proprement dit; On pense que les hélices S5 et S6 tapissent la surface interne des pores, tandis que les hélices S1–4 jouent un rôle dans le déclenchement et la détection de tension (S4 en particulier). Les VGCC sont soumis à une inactivation rapide, qui serait composée de 2 composants: à déclenchement en tension (VGI) et à déclenchement en calcium (CGI). Ceux-ci se distinguent en utilisant Ba2+ ou Ca2+ comme support de charge dans la solution d’enregistrement externe (in vitro). La composante CGI est attribuée à la liaison de la calmoduline (CaM) de la protéine de signalisation de liaison au Ca2+ à au moins 1 site sur le canal, car les mutants CaM Ca2+ nuls abolissent les CGI dans les canaux de type L. Tous les canaux ne présentent pas les mêmes propriétés réglementaires et les détails spécifiques de ces mécanismes sont encore largement inconnus.
| Type | Tension | sous-unité α1 (nom du gène) | Sous-unités associées | Le plus souvent trouvé dans |
| Canal calcique de type L (« durable ») Le récepteur DHP (ou « récepteur DHP ») | HVA (activé à haute tension) | Cav1.1 (CACNA1S) Cav1.2 (CACNA1C) Cav1.3 (CACNA1D) Cav1.4 (CACNA1F) |
α2δ, β, γ | Skeletal muscle, smooth muscle, bone (osteoblasts), ventricular myocytes** (responsible for prolonged action potential in cardiac cell; also termed DHP receptors), dendrites and dendritic spines of cortical neurones |
| P-type calcium channel (« Purkinje ») /Q-type calcium channel | HVA (high voltage activated) | Cav2.1 (CACNA1A) | α2δ, β, éventuellement γ | Neurones de Purkinje dans les cellules du cervelet/granules cérébelleux |
| Canal calcique de type N (« Neural » / « Non-L ») | HVA (activé à haute tension) | Cav2.2 (CACNA1B) | α2δ/β1, β3, β4 , éventuellement γ | Dans tout le cerveau et le système nerveux périphérique. |
| Canal calcique de type R (« résiduel ») | tension intermédiaire activée | Cav2.3 (CACNA1E) | α2δ, β, éventuellement γ | Cellules granulaires cérébelleuses, autres neurones |
| Canal calcique de type T (« transitoire ») | activé à basse tension | Cav3.1 (CACNA1G) Cav3.2 (CACNA1H) Cav3.3 (CACNA1I) |
neurones, cellules qui ont une activité de stimulateur cardiaque, os (ostéocytes) |
sous-unité α2δdit
Le gène α2δ forme deux sous-unités : α2 et δ (qui sont toutes deux le produit du même gène). Ils sont liés les uns aux autres par une liaison disulfure et ont un poids moléculaire combiné de 170 kDa. L’α2 est la sous-unité glycosylée extracellulaire qui interagit le plus avec la sous-unité α1. La sous-unité δ a une seule région transmembranaire avec une courte partie intracellulaire, qui sert à ancrer la protéine dans la membrane plasmique. Il existe 4 gènes α2δ :
- CACNA2D1 (CACNA2D1),
- CACNA2D2 (CACNA2D2),
- (CACNA2D3),
- (CACNA2D4).
La co-expression de l’α2δ augmente le niveau d’expression de la sous-unité α1 et provoque une augmentation de l’amplitude du courant, une cinétique d’activation et d’inactivation plus rapide et un décalage hyperpolarisant de la dépendance en tension de l’inactivation. Certains de ces effets sont observés en l’absence de la sous-unité bêta, alors que, dans d’autres cas, la co-expression de bêta est requise.
Les sous-unités α2δ-1 et α2δ-2 sont le site de liaison des gabapentinoïdes. Cette classe de médicaments comprend deux anticonvulsivants, la gabapentine (Neurontin) et la prégabaline (Lyrica), qui trouvent également une utilisation dans le traitement de la douleur neuropathique chronique. La sous-unité α2δ est également un site de liaison du dépresseur central et du phénibut anxiolytique, en plus des actions sur d’autres cibles.
sous-unité β
La sous-unité β intracellulaire (55 kDa) est une protéine de type MAGUK intracellulaire (Guanylate Kinase associée à la membrane) contenant un domaine guanylate kinase (GK) et un domaine SH3 (homologie src 3). Le domaine de la guanylate kinase de la sous-unité β se lie à la boucle cytoplasmique de la sous-unité α1 I-II et régule l’activité HVGCC. Il existe quatre gènes connus pour la sous-unité β :
- CACNB1 (CACNB1),
- CACNB2 (CACNB2),
- CACNB3 (CACNB3),
- CACNB4 (CACNB4).
On suppose que la sous-unité β cytosolique a un rôle majeur dans la stabilisation de la conformation finale de la sous-unité α1 et sa transmission à la membrane cellulaire par sa capacité à masquer un signal de rétention du réticulum endoplasmique dans la sous-unité α1. Le frein de rétention endoplasmique est contenu dans la boucle I–II de la sous-unité α1 qui se masque lorsque la sous-unité β se lie. Par conséquent, la sous-unité β fonctionne initialement pour réguler la densité de courant en contrôlant la quantité de sous-unité α1 exprimée au niveau de la membrane cellulaire.
En plus de ce rôle de trafic, la sous-unité β a les fonctions importantes supplémentaires de régulation de la cinétique d’activation et d’inactivation, et d’hyperpolarisation de la dépendance en tension pour l’activation du pore de la sous-unité α1, de sorte que plus de courant passe pour des dépolarisations plus petites. La sous-unité β a des effets sur la cinétique de l’a1C cardiaque dans les ovocytes de Xenopus laevis co-exprimés avec les sous-unités β. La sous-unité β agit comme un modulateur important des propriétés électrophysiologiques des canaux.
Jusqu’à très récemment, l’interaction entre une région de 18 acides aminés très conservée sur le lieur intracellulaire de la sous-unité α1 entre les domaines I et II (le Domaine d’Interaction Alpha, AID) et une région sur le domaine GK de la sous-unité β (Poche de Liaison du Domaine d’Interaction Alpha) était considérée comme seule responsable des effets régulateurs de la sous-unité β. Récemment, il a été découvert que le domaine SH3 de la sous-unité β donne également des effets régulateurs supplémentaires sur la fonction du canal, ouvrant la possibilité que la sous-unité β ait de multiples interactions régulatrices avec le pore de la sous-unité α1. De plus, la séquence d’AIDE ne semble pas contenir de signal de rétention du réticulum endoplasmique, et cela peut être localisé dans d’autres régions du lieur de sous–unités α1 I-II.
sous-unité γdit
La sous-unité γ1 est connue pour être associée à des complexes VGCC du muscle squelettique, mais les preuves ne sont pas concluantes concernant d’autres sous-types de canaux calciques. La glycoprotéine de la sous-unité γ1 (33 kDa) est composée de quatre hélices transmembranaires couvrant. La sous-unité γ1 n’affecte pas le trafic et, pour la plupart, n’est pas nécessaire pour réguler le complexe de canaux. Cependant, γ2, γ3, γ4 et γ8 sont également associés aux récepteurs du glutamate AMPA.
Il existe 8 gènes pour les sous-unités gamma:
- γ1 (CACNG1),
- γ2 (CACNG2),
- γ3 (CACNG3),
- γ4 (CACNG4),
- (CACNG5),
- (CACNG6),
- (CACNG7) et
- (CACNG8).
Physiologie musculairemodifier
Lorsqu’une cellule musculaire lisse est dépolarisée, elle provoque l’ouverture des canaux calciques à tension fermée (type L). La dépolarisation peut être provoquée par l’étirement de la cellule, la liaison agoniste de son récepteur couplé à la protéine G (GPCR) ou la stimulation du système nerveux autonome. L’ouverture du canal calcique de type L provoque un afflux de Ca2 + extracellulaire, qui se lie ensuite à la calmoduline. La molécule de calmoduline activée active la kinase à chaîne légère de la myosine (MLCK), qui phosphoryle la myosine en filaments épais. La myosine phosphorylée est capable de former des ponts croisés avec des filaments minces d’actine, et la fibre musculaire lisse (c’est-à-dire la cellule) se contracte via le mécanisme du filament coulissant. (Voir la référence pour une illustration de la cascade de signalisation impliquant des canaux calciques de type L dans le muscle lisse).
Les canaux calciques de type L sont également enrichis dans les tubules en t des cellules musculaires striées, c’est-à-dire des myofibres squelettiques et cardiaques. Lorsque ces cellules sont dépolarisées, les canaux calciques de type L s’ouvrent comme dans le muscle lisse. Dans le muscle squelettique, l’ouverture réelle du canal, qui est mécaniquement fermée à un canal de libération de calcium (alias récepteur de la ryanodine, ou RYR) dans le réticulum sarcoplasmique (SR), provoque l’ouverture du RYR. Dans le muscle cardiaque, l’ouverture du canal calcique de type L permet l’afflux de calcium dans la cellule. Le calcium se lie aux canaux de libération de calcium (RYR) dans le SR, les ouvrant; ce phénomène est appelé « libération de calcium induite par le calcium », ou CICR. Cependant, les RYR sont ouverts, soit par un mécanisme de déclenchement, soit par CICR, le Ca2+ est libéré du SR et est capable de se lier à la troponine C sur les filaments d’actine. Les muscles se contractent ensuite à travers le mécanisme du filament coulissant, provoquant un raccourcissement des sarcomères et une contraction musculaire.
Changements d’expression au cours du développementModifier
Au début du développement, il y a une grande quantité d’expression des canaux calciques de type T. Lors de la maturation du système nerveux, l’expression des courants de type N ou L devient plus importante. En conséquence, les neurones matures expriment plus de canaux calciques qui ne seront activés que lorsque la cellule est significativement dépolarisée. Les différents niveaux d’expression des canaux activés à basse tension (LVA) et activés à haute tension (HVA) peuvent également jouer un rôle important dans la différenciation neuronale. Dans le développement des neurones spinaux de Xénope, les canaux calciques LVA portent un transitoire spontané du calcium qui peut être nécessaire pour que le neurone adopte un phénotype GABAergique ainsi qu’une excroissance du processus.