Les canaux sodiques dépendant du voltage jouent un rôle central dans le déclenchement du potentiel d’action dans l’ensemble des systèmes cardiovasculaire et nerveux, et leur gating est exquisément sensible aux changements du potentiel transmembranaire. La régulation négative de la conductance des canaux sodiques s’effectue par un processus connu sous le nom d’inactivation, qui peut se produire à partir de l’état ouvert ou fermé, appelé respectivement inactivation « rapide » ou « à l’état d’équilibre » (SSI). Lorsque la conductance des canaux sodiques est mal régulée, de très mauvaises choses se produisent. Par exemple, les défauts héréditaires ou acquis de la conductance des canaux sodiques sont associés à un éventail de troubles de la signalisation électrique, notamment les arythmies cardiaques (Wang et al., 1995 ; Valdivia et al., 2005), l’épilepsie et l’érythermalgie primaire (un trouble de la douleur périphérique) (Yang et al., 2004), le trouble paroxystique de la douleur extrême (Fertleman et al.., 2006), la paralysie périodique hypokaliémique (Ptácek et al., 1991 ; Rojas et al., 1991), la paramyotonie congénitale (McClatchey et al., 1992), en plus de rôles inattendus dans la migraine (Kahlig et al., 2008), l’autisme (Weiss et al., 2003 ; Han et al., 2012a), le sommeil (Han et al., 2012b), et la sclérose en plaques (Craner et al., 2004). De plus, le SSI influence fortement la stabilité électrique des cellules excitables car le point médian de la relation inactivation-tension est souvent proche du potentiel de repos de la membrane de la cellule ; ainsi, des décalages apparemment modestes du point médian de la relation SSI par rapport à la tension, causés par une (dys)modulation ou des mutations ponctuelles, peuvent avoir un effet puissant sur le nombre de canaux disponibles pour contribuer au potentiel d’action. Ainsi, le blocage des canaux sodiques, et l’inactivation en particulier, est un phénomène biophysique qui transcende sans effort le patch rig jusqu’au cadre clinique, mais une image détaillée de la base moléculaire qui sous-tend l’inactivation reste obstinément non résolue. Dans ce numéro de The Journal of General Physiology, Capes et al. ont utilisé une approche de désactivation du capteur de tension pour étudier systématiquement l’identité du déclencheur moléculaire de l’inactivation et confirmer le rôle du capteur de tension du domaine quatre (DIV S4) dans ce processus physiologique clé (Capes et al., 2013).

L’activation rapide du canal sodique conduit la montée du potentiel d’action, mais l’inactivation rapide et complète de la conductance sodique est essentielle pour la repolarisation opportune de la membrane et l’intervalle réfractaire entre les potentiels d’action. Hodgkin et Huxley ont décrit avec perspicacité un mécanisme par lequel quatre particules chargées intégrées à la membrane, trois associées à l’activation (m-gates) et une à l’inactivation (h-gate), donnent naissance à la conductance sodique voltage-dépendante dans l’axone de calmar (Hodgkin et Huxley, 1952). Cette idée est cohérente avec la structure du gène du canal sodique qui contient quatre domaines non identiques (DI-DIV), chacun avec des segments S5-p-boucle-S6 formant le pore et un domaine de détection du voltage (VSD) composé des segments S1-S4, les segments S4 contenant entre trois et sept résidus chargés positivement, selon le domaine. Les mutations dans tout le canal peuvent affecter le gating ; cependant, celles introduites dans le DIV ont tendance à affecter le plus fortement l’inactivation (Chahine et al., 1994 ; McPhee et al., 1994, 1998 ; Chen et al., 1996 ; Yang et al., 1996 ; Lerche et al., 1997). La cinétique rapide du mouvement de DI-III S4, telle que visualisée par fluorométrie de voltage-clamp, est étroitement corrélée avec l’activation de la conductance sodique, tandis que le mouvement relativement lent de DIV S4 s’aligne avec le développement de l’inactivation et avec l’immobilisation de la charge de gating (Cha et al., 1999 ; Chanda et Bezanilla, 2002). De plus, les toxines qui interagissent préférentiellement avec le VSD de la DIV modulent puissamment l’inactivation du canal (Hanck et Sheets, 2007 ; Bosmans et al., 2008 ; Wang et al., 2011). Ainsi, une pléthore de preuves soutient l’idée que les DI-III contribuent à l’activation des canaux et que la DIV S4 est associée à l’inactivation. Cependant, on ne sait pas si l’activation de DIV S4 seule est suffisante pour initier l’inactivation, et si ce déclencheur unique est responsable de permettre l’inactivation à partir de canaux ouverts et fermés.

Pour s’attaquer directement à cette question, Capes et al. (2013) ont utilisé une stratégie de neutralisation de charge par laquelle les trois premières charges S4, qui portent la majeure partie du mouvement de charge (Sheets et al., 1999), ont été mutées en glutamine (Q), résultant en des capteurs de tension à charge neutre (CN). En plus d’altérer la sensibilité au voltage et le mouvement de S4, de tels VSD CN sont susceptibles d’être dans une conformation active, qui n’est généralement visitée qu’à des potentiels positifs (Bao et al., 1999 ; Gagnon et Bezanilla, 2009 ; Capes et al., 2012). Dans le cas présent, ces mutations ont été faites individuellement dans chacun des quatre segments S4 des canaux sodiques des muscles squelettiques, et les canaux résultants ont été interrogés électrophysiologiquement pour les caractéristiques d’activation et d’inactivation. Les quatre canaux sodiques CN étaient fonctionnels et présentaient un gating d’activation robuste dépendant du voltage, ce qui, à première vue, est surprenant, étant donné que les segments S4 avaient été neutralisés électrostatiquement. Cependant, si la neutralisation de S4 favorise le mouvement du segment S4 dans la conformation activée, on a en fait supprimé une barrière énergétique à l’activation, ce qui explique les relations conductance-tension  » normales  » des canaux désactivés par VSD. En termes d’inactivation, les canaux CN DI-III étaient encore une fois assez tolérants sur le plan fonctionnel, alors que les canaux CN DIV ont des propriétés d’inactivation modifiées par rapport aux états fermé, ouvert et inactivé. Premièrement, les canaux CN DIV ont montré un grand décalage hyperpolarisant dans le point médian du SSI, suggérant qu’ils étaient « préinactivés » à des potentiels négatifs, ce qui est cohérent avec l’hypothèse que l’activation de la DIV S4 est suffisante pour le SSI et que la mutation « préactive » le segment DIV S4. Deuxièmement, les canaux DIV CN ont également montré une entrée accélérée et quasi instantanée dans des états d’activation rapide, comme déterminé par un protocole à deux impulsions pour éviter la contribution des latences d’activation (Aldrich et al., 1983). Troisièmement, une fois inactivés, les canaux DIV CN ont tardé à quitter les états non conducteurs, et une fois initiés, la récupération après inactivation a été significativement ralentie. Quatrièmement, ces trois résultats expérimentaux pourraient être récapitulés par un modèle de gating des canaux sodiques selon lequel l’inactivation, à partir des états ouverts ou fermés, est initiée par le mouvement DIV S4, après quoi une particule d’inactivation peut se lier par une étape faiblement dépendante du voltage. Malgré le fait que la mutation du triplet QQQ puisse affecter fonctionnellement chaque segment S4 différemment, les données ont produit un résultat clair et, avec les travaux précédents, soutiennent la notion que, bien que les quatre capteurs de tension s’activent lors de l’ouverture du canal, l’activation de la DIV S4 seule est suffisante pour l’initiation de l’état rapide et de l’état fermé, comme le montre la figure 1. Pour des raisons de simplicité, l’activation stochastique des VSD de la DIV S4 est combinée en une seule étape qui se termine par l’ouverture du canal, comme le montre la trajectoire sur le côté droit. L’activation ultérieure du VSD DIV entraîne des conformations supplémentaires du pore (Goldschen-Ohm et al., 2013), et l’activation éventuelle de l’inactivation rapide, en bas à droite. Les contributions spéculatives des domaines impliqués dans le SSI représenté à gauche sont décrites dans la légende et passent par une série de conformations électriquement silencieuses (Horn et al., 1981). L’inactivation à partir d’états ouverts ou fermés produit-elle une conformation non conductrice commune ? Une possibilité non testée mais convaincante est que l’activation de DIV S4 favorise une conformation de pore qui est permissive à l’inactivation par la liaison de régions du canal, telles que le triplet de liaison DIII-IV des résidus IFM, qui ont été montrés pour perturber l’inactivation quand ils sont mutés (West et al., 1992). Dans le cas d’une inactivation à l’état fermé, l’activation de la DIV S4 et les conformations ultérieures seraient électriquement silencieuses mais pourraient encore partager une conformation inactivée similaire avec les canaux à activation rapide. Cependant, il est également possible que, comme dans les canaux potassiques à grille de tension, des régions de pores distinctes soient utilisées pour différents types d’inactivation (Choi et al., 1991). Bien que les données soient cohérentes avec l’idée que DIV S4 représente un commutateur moléculaire unique pour l’inactivation à l’état fermé et ouvert, peu de détails moléculaires sont disponibles sur les complexes transitoires formés entre le mouvement de DIV S4 et le développement de l’inactivation ou l’emplacement des régions de pores putatifs qui pourraient servir de récepteur pour une particule d’inactivation. En effet, étant donné les nombreuses inconnues mécanistiques concernant l’inactivation des canaux sodiques, l’article de Capes et al. (2013), comme l’activation de DIV S4, n’est que le début de l’histoire.

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