La pompe Na+/K+ affecte les récepteurs des neurotransmetteurs, viz, leur densité et leur sensibilité à leur transmetteur, et ces effets seront maintenant considérés.
Récepteurs ACh Les récepteurs mammifères pour l’ACh sont divisés en récepteurs nicotiniques et muscariniques. Ces récepteurs peuvent encore être divisés en sous-types, à savoir les récepteurs muscariniques M1-M5 (Caulfield et Birdsall 1998) et 16 sous-types de récepteurs nicotiniques, à savoir α1-α9, β1-β4, un γ, un δ, un ε (Lukas et al. 1999). Chez les mollusques, trois récepteurs ACh ont été initialement identifiés fonctionnellement chez Aplysia, comme un récepteur à réponse excitatrice rapide, un récepteur à réponse inhibitrice rapide et un récepteur à réponse inhibitrice lente (Kehoe 1972). Les deux récepteurs à réponse rapide sont nicotiniques, mais le récepteur à réponse inhibitrice lente a des propriétés uniques et n’est activé que par l’ACh, la carbamylcholine et l’arécoline. Pinsker et Kandel (1969) ont proposé qu’un interneurone cholinergique d’Aplysia, L10, active un neurone suiveur, non pas par un changement de conductance membranaire, mais par l’activation d’une pompe Na+/K+ électrogène. Cependant, il a été démontré qu’au moins une partie de cette réponse postsynaptique était due à une augmentation de la perméabilité au K+ (Kehoe et Ascher 1970). En 1980, Arvanov et Ayrapetyan ont publié un article sur l’effet dépressif de la ouabaïne sur l’amplitude du courant induit par l’ACh des neurones Helix. Il s’agissait d’une observation importante qui a initié des études sur la régulation de l’activité des systèmes de neurotransmetteurs par la pompe Na+/K+.
Puisque des fractions de composés endogènes semblables à l’ouabaïne, les endobaïnes, ont été trouvées dans le cerveau des mammifères (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1998), il est impossible d’exclure la possibilité que ces composés soient également présents chez les invertébrés et régulent continuellement les récepteurs de transmetteurs par des changements dans l’activité de la pompe dans les systèmes nerveux des invertébrés. Une augmentation du niveau d’endobaïne peut supprimer l’activité de la pompe et ainsi réduire l’effet facilitateur de la Na+/K+-ATPase sur l’activité du système cholinergique, ce qui pourrait également être le cas chez les invertébrés. Pour des informations détaillées sur l’évolution des interactions endogènes ouabaïne-pompe Na+/K+, le lecteur est renvoyé à l’excellente revue de Blaustein (2018).
Dans un article ultérieur plus détaillé (Ayrapetyan et al. 1985), la corrélation entre l’activité de la pompe Na+/K+ et la chimiosensibilité membranaire a été analysée en utilisant la dialyse intracellulaire des neurones d’Helix. Les effets sur les courants membranaires induits par l’ACh et le GABA et sur la fixation de la 3H-α-bungarotoxine (3H-α-BT) et du 3H-GABA dans les ganglions d’Helix ont été analysés suite à des modifications de l’activité de la pompe et de l’ATP intracellulaire. L’exposition à 100 µM d’ouabaïne extracellulaire ou à une solution sans potassium a supprimé le courant induit par l’ACh dans les neurones dialysés de type A. Une augmentation du niveau intracellulaire d’ATP a conduit à une dépression du courant ACh et à la disparition de l’effet bloquant de l’ouabaïne sur ces courants. L’ADP intracellulaire a eu un effet similaire mais moins significatif sur les courants provoqués par l’ACh, tandis que l’AMP intracellulaire était inefficace. Cet effet de l’ATP intracellulaire sur le courant ACh a été supprimé par le dinitrophénol, un inhibiteur de la phosphorylation membranaire. Ayrapetyan et al. (1985) proposent que la phosphorylation membranaire diminue l’affinité des récepteurs membranaires pour l’ACh et le GABA.
La liaison du 3H-α-BT et du 3H-GABA aux membranes était inhibée à la fois par des solutions contenant de l’ouabaïne et des solutions sans potassium, et par la théophylline et le NaF, qui augmentent tous deux les niveaux d’ATP intracellulaire. Ces résultats montrent que la pompe Na+/K+ module l’affinité des récepteurs membranaires pour l’ACh et le GABA. Le fait que cela soit similaire aux effets observés par les modulateurs de la phosphorylation suggère que les effets de l’activité de la pompe sont médiés par l’état phosphorylé de leurs récepteurs.
Dans un article ultérieur, Arvanov et al. (1992b) ont montré que l’ouabaïne supprimait sélectivement les réponses des neurones de type Helix A à l’ACh, qui étaient dues à l’augmentation sélective de la perméabilité de la membrane au chlorure. Cet effet de l’ouabaïne est médié par une augmentation des niveaux d’AMPc. En revanche, les réponses du neurone de type Helix B, causées principalement par une augmentation de la perméabilité aux cations monovalents, n’ont pas été affectées par l’ouabaïne. Le blocage des réponses Cl- n’était pas associé à un changement du potentiel d’inversion de la réponse. Arvanov et al. (1992a) ont conclu que l’effet de l’ouabaïne n’était pas directement lié à la désensibilisation du récepteur de l’ACh. On peut conclure de cet article que l’ampleur des effets de l’ouabaïne sur Helix peut être liée à une augmentation du niveau d’AMPc et, respectivement, de la phosphorylation du récepteur de l’ACh dans les neurones de type A, et à l’absence de phosphorylation du récepteur dans les neurones de type B.
Dans une étude ultérieure, Grigorian et al. (2001) ont trouvé des récepteurs muscariniques de type A sensibles à l’ouabaïne et des récepteurs nicotiniques de type B insensibles à l’ouabaïne sur le même neurone chez H. pomatia. L’activité du récepteur de type A ou B pourrait dépendre de l’état physiologique du neurone qui pourrait à son tour dépendre de l’état de phosphorylation du récepteur et/ou du niveau d’activité d’un composé endogène de type ouabaïne.
Deux fractions solubles du cortex cérébral, nommées pics I et II, qui stimulent et inhibent respectivement l’activité Na+/K+-ATPase neuronale, ont été isolées par filtration sur gel dans du Sephadex G-50 (Rodriguez De Lores Arnaiz et al. 1997, 1998, 1999). Des études antérieures ayant suggéré une corrélation entre la transmission cholinergique et l’activité Na+/K+-ATPase, Rodriguez De Lores Arnaiz et al. (1999) ont testé les effets de ces pics sur la liaison de l’antagoniste muscarinique quinuclidinyl benzilate à ces membranes. Les auteurs ont constaté que la liaison était augmentée par le pic I et diminuée par le pic II, II-E (une fraction purifiée de II) et par l’ouabaïne, ces effets étant dépendants de la concentration. Ces résultats sont similaires à ceux trouvés en utilisant la Na+/K+-ATPase des membranes synaptosomales, et les auteurs ont donc conclu que les deux systèmes fonctionnaient de manière similaire. La stimulation de la pompe active les récepteurs cholinergiques nicotiniques et muscariniques, et l’inhibition de l’activité de cette enzyme provoque l’effet inverse.
Cette conclusion soutient l’idée que des modulateurs endogènes de la pompe Na+/K+ existent et peuvent réguler physiologiquement la pompe qui peut définir indirectement la signalisation en modulant d’autres récepteurs de neurotransmetteurs.
Les études impliquant les muscles du pharynx et de la paroi corporelle de C. elegans et la pompe Na+/K+ sont également incluses dans cette section puisque ces deux muscles reçoivent une innervation cholinergique (Chiang et al. 2006 ; Rand et al. 2000 ; Richmond et Jorgensen 1999). eat-6 encode un orthologue de la sous-unité α de la Na+/K+-ATPase chez C. elegans (Davis et al. 1995). Les propriétés des contractions pharyngées des mutants eat-6 diffèrent du type sauvage en ce qu’elles sont plus faibles, plus lentes et leur relaxation retardée. Les enregistrements intracellulaires des fibres musculaires du bulbe terminal des mutants eat-6 montrent que le MP est constamment dépolarisé et que les potentiels d’action (PA) sont réduits en amplitude. Davis et al. proposent qu’en raison d’une activité réduite de la pompe Na+/K+, les gradients ioniques à travers les fibres musculaires sont réduits. Après ablation du système nerveux pharyngé, le phénotype eat-6 persiste, ce qui suggère que l’EAT-6 a un site d’action dans les fibres musculaires. De manière intéressante, l’application de 20 µM de ouabaïne à des pharynx disséqués de C. elegans de type sauvage a provoqué une forte réduction du transitoire R de relaxation de l’électropharyngogramme (EPG). Ces EPG sont similaires à ceux obtenus chez les mutants eat-6. Cet effet de l’ouabaïne a pu être inversé après un lavage. Des concentrations plus élevées d’ouabaïne (35-40 µM) ont provoqué une hypercontraction des muscles, un effet également observé chez les mutants eat-6.
Ces études utilisant des mutants eat-6 ont été étendues par Doi et Iwasaki (2008) qui ont constaté que les mutations de l’EAT-6 affectaient l’efficacité synaptique de l’ACh en modifiant l’expression et la localisation des nAChRs à la jonction neuromusculaire de C. elegans. Il est proposé que la pompe Na+/K+ puisse avoir un nouveau rôle comme protéine d’échafaudage pour aider à établir un groupe rigide de récepteurs juste en dessous du site de libération présynaptique. Ces effets de l’EAT-6 Na+/K+-ATPase régulent la transmission synaptique cholinergique indépendamment de l’activité de la pompe. Doi et Iwasaki ont également étudié la localisation de la sous-unité β de la Na+/K+-ATPase, NKB-1, la plus largement exprimée des trois sous-unités β de la NKB chez C. elegans. La protéine NKB-1 se lie physiquement à EAT-6, et les mutants nkb-1 présentent des déficits similaires à ceux des mutants eat-6, notamment des défauts de pompage. Cela suggère que EAT-6 et NKB-1 forment une Na+/K+-ATPase fonctionnelle in vivo. Doi et Iwasaki discutent des mécanismes possibles par lesquels la Na+/K+-ATPase pourrait induire le regroupement des nAChR. Par exemple, la Na+/K+-ATPase peut moduler le trafic des nAChR par l’activation/inactivation de la tyrosine kinase Src. Il a été démontré que la liaison de Src à la Na+/K+-ATPase peut former un complexe de signalisation fonctionnel (Tian et al. 2006). Il est également possible que le nombre de récepteurs cholinergiques postsynaptiques des mutants eat-6 soit augmenté. Doi et Iwasaki (2008) ont également constaté que les récepteurs au lévamisole et à la nicotine des mutants eat-6 étaient affectés de manière différentielle dans leur expression et leur localisation dans la jonction musculaire de la paroi corporelle. La sensibilité aux agonistes ACh était également accrue chez les mutants eat-6.
L’éthanol peut provoquer une hypercontraction de C. elegans par l’activation d’une nouvelle sous-unité α associée au récepteur cholinergique du muscle de la paroi corporelle (Hawkins et al. 2015). Cette hypercontraction peut s’inverser après 40 min malgré la présence continue d’éthanol, indiquant une tolérance à l’éthanol. Les auteurs ont établi un lien entre cette signalisation cholinergique, la Na+/K+-ATPase et la tolérance à l’éthanol. Ainsi, une mutation inhabituelle de l’EAT-6, eat-6 (eg200), n’a pas réussi à développer une tolérance à l’hypercontraction induite par l’éthanol, ce qui suggère que la fonction Na+/K+-ATPase est nécessaire au développement de la tolérance à l’éthanol chez C. elegans.
Récepteurs du glutamate Le glutamate est le principal transmetteur synaptique excitateur du cerveau des mammifères et agit comme un transmetteur chez les invertébrés (Walker et al. 1996). Dans les années 1990, grâce à l’utilisation de méthodes de biologie moléculaire pour étudier les récepteurs du glutamate, ceux-ci ont été divisés en ionotropes (iGlu) et métabotropes (mGlu) (Mosharova 2001). Les récepteurs NMDA, AMPA et kainate sont qualifiés de récepteurs ionotropes (c’est-à-dire de canaux ioniques). Tous les autres récepteurs sont appelés métabotropes (mGluRs) et régulent les canaux ioniques et les enzymes qui produisent des seconds messagers via des récepteurs spécifiques couplés à des protéines G. Il existe huit mGluRs, divisés en 3 groupes, I, II et III, en fonction du niveau de conservation de leurs séquences d’acides aminés et de leur mode d’action (Pin et Duvoison 1995). Les AMPARs médient la grande majorité de la transmission synaptique excitatrice rapide (Trussell et al. 1994), tandis que les NMDARs jouent un rôle essentiel dans la modulation de l’efficacité synaptique, générant la plasticité synaptique (Hunt et Castillo 2012).
Les AMPARs sont des hétérotétramères, assemblés à partir de différentes combinaisons de quatre sous-unités GluA1-4, les plus courants étant les récepteurs contenant GluA1/GluA2 ou GluAR2/GluA3. Les NMDAR sont composés de sous-unités GluN1, et d’au moins une sous-unité GluN2, parmi les quatre sous-types GluN2, GluN2A-2D. AMPAR et NMDAR se co-localisent au niveau du domaine postsynaptique à une densité élevée, probablement stabilisée et régulée, par interaction avec des protéines d’échafaudage cytosoliques (Traynelis et al. 2010).
Les AMPAR sont principalement des canaux sodiques. En comparaison, les NMDARs permettent l’entrée à la fois du sodium et du calcium, ce dernier jouant un rôle important dans la plasticité synaptique, car le calcium déclenche une variété d’événements de signalisation en aval.
Les NMDARs jouent un rôle important dans la transmission excitatrice, la plasticité et l’excitotoxicité dans le cerveau (Zhang et al. 2012a). Leur activation améliore la potentialisation à long terme et réduit la dépression à long terme au niveau des synapses de la collatérale de Schaffer-CA1 dans l’hippocampe. Le récepteur NMDA est simultanément un canal ionique dépendant du potentiel et du ligand qui transmet sélectivement des ions chargés positivement. La majeure partie du courant ionique est constituée d’ions calcium et sodium qui passent dans la cellule, libérant les ions potassium de la cellule. Le récepteur NMDA est constitué de quatre sous-unités, deux de classe NR1 et deux de classe NR2. Une troisième sous-unité du récepteur NMDA, NR3, a été identifiée par la suite et a été examinée par Low et Wee (2010).
Un inhibiteur endogène de la Na+/K+-ATPase, l’endobaïne E (fraction IIE), a été isolé du cerveau de rat et partage plusieurs propriétés avec l’ouabaïne. L’endobaïne possède des propriétés neurotoxiques attribuables à l’inhibition de la Na+/K+-ATPase, qui entraîne l’activation des NMDAR, ce qui appuie le concept selon lequel les concentrations intracellulaires d’ions Na+ et K+ peuvent moduler la fonction des NMDAR (Reines et al. 2001, 2004). L’effet de l’endobaïne E sur l’expression des sous-unités des récepteurs NMDA dans les membranes du cortex cérébral et de l’hippocampe de rat a été analysé par Western blot (Bersier et al. 2008). Deux jours après l’administration de 10 µl d’endobaïne (1 μl par 28 mg de tissu), l’expression des sous-unités NR1 a été multipliée par cinq et par 2,5, respectivement, dans le cortex cérébral et l’hippocampe. L’expression des sous-unités NR2A, NR2B et NR2D a augmenté dans les deux zones cérébrales. L’expression de la sous-unité NR2C n’a pas été affectée dans les deux zones. Ces résultats indiquent que l’endobaïne E modifie de manière différentielle l’expression des sous-unités des récepteurs NMDA.
La transmission synaptique excitatrice dans le cortex des mammifères implique l’activation des AMPAR et l’entrée de Na+ dans la cellule qui doit être éliminée via l’activation de la Na+/K+-ATPase. Il est raisonnable de supposer l’existence d’une diaphonie entre ces récepteurs et la Na+/K+-ATPase. De manière intéressante, il a été montré que la Na+/K+-ATPase est abondante sur les sites synaptiques et qu’elle est co-localisée avec les AMPARs (Zhang et al. 2009). Ces auteurs proposent une interaction entre la sous-unité Na+/K+-ATPase α1 et l’extrémité C-terminale intracellulaire des sous-unités GluR2. Suite à l’inhibition de la Na+/K+-ATPase, on observe une internalisation rapide et une dégradation médiée par les protéasomes des AMPARs et une suppression de la transmission synaptique médiée par les AMPAs. Ceci suggère une régulation homéostatique des AMPARs par la Na+/K+-ATPase. Il est proposé que l’accumulation intracellulaire de Na+ causée par l’inactivité de la Na+/K+-ATPase entraîne une suppression des canaux Na+ à la surface des cellules. La dégradation des AMPAR induite par la ouabaïne est abolie en présence d’inhibiteurs du protéasome. Il est possible que cette voie de dégradation soit modulée par les inhibiteurs endogènes de la Na+/K+-ATPase. De cette façon, la pompe pourrait jouer une fonction importante pour réguler la distribution et la transmission synaptique des AMPAR qui sont des composantes essentielles de la plasticité (Man 2012). Ces inhibiteurs peuvent inclure l’ouabaïne, l’endobaïne et l’agrine endogènes (Hilgenberg et al. 2006 ; Schoner 2000, 2002). Ainsi, la Na+/K+-ATPase peut réguler le renouvellement des AMPAR, la force synaptique et la fonction cérébrale. Le dysfonctionnement de la Na+/K+-ATPase suite à l’hypoxie, l’ischémie et l’accident vasculaire cérébral est une réponse pathologique précoce majeure (Zhang et al. 2009).
La Na+/K+-ATPase et les NMDARs jouent des rôles importants dans la régulation de l’apprentissage et de la mémoire dans l’hippocampe (Zhang et al. 2012a), la première agissant comme un transporteur d’ions et les seconds comme des canaux ioniques. Ces auteurs ont utilisé la dihydro-ouabaïne pour étudier ses effets sur les courants NMDA dans les neurones CA1 de l’hippocampe de rat. La dihydro-ouabaïne (10-1000 µM) a augmenté ces courants NMDA mais pas par l’activation de la protéine kinase A ou C. Cependant, les inhibiteurs sélectifs de la tyrosine kinase Src et de la cascade des protéines kinases activées par des agents mitogènes (MARK) ont bloqué les courants NMDA induits par la dihydro-ouabaïne. Zhang et al. (2012a) ont conclu que Src médiait la diaphonie entre la Na+/K+-ATPase et les NMDAR pour transduire les signaux de la Na+/K+-ATPase à la cascade MARK.
L’activation des récepteurs NMDA modifie les concentrations intracellulaires de Na+ et de K+, qui sont ensuite restaurées par la Na+/K+-ATPase. Il a été observé que les récepteurs NMDA et la Na+/K+-ATPase interagissent entre eux et cette interaction a été démontrée pour les deux isoformes de la sous-unité α (α1 et α3) de la Na+/K+-ATPase exprimée dans les neurones (Akkuratov et al. 2015). En utilisant le Western blotting, ces auteurs ont montré que l’exposition à long terme de la culture primaire de neurones cérébelleux de rat à des concentrations nanomolaires de ouabaïne conduit à une diminution des niveaux des sous-unités NMDAR NR1 et NR2B qui est probablement médiée par la sous-unité α3 de la Na+/K+-ATPase. Ces résultats diffèrent de ceux de travaux antérieurs où l’injection d’endobaïne E a entraîné une augmentation de l’expression des NMDAR dans le cortex cérébral et l’hippocampe (Bersier et al. 2008). Les auteurs supposent que cette différence pourrait être due à une différence de région cérébrale ou à une différence entre le mode d’action de l’endobaïne E et de l’ouabaïne. Une diminution de l’activité enzymatique de la sous-unité α1 de la Na+/K+-ATPase a également été observée après l’activation des NMDAR. Cet effet est médié par une augmentation du Ca2+ intracellulaire. Ainsi, Na+/K+-ATPase et NMDAR peuvent interagir fonctionnellement en formant un complexe macromoléculaire qui peut être important pour rétablir l’équilibre ionique après une excitation neuronale (Akkuratov et al. 2015). En outre, la fonction de NMDAR peut être régulée par des composés endogènes de type ouabaïne.
Effets de toxicité de l’ouabaïne L’inactivation de la Na+/K+-ATPase cellulaire dans des cultures de cellules neuro-gliales du cervelet par 1 mM d’ouabaïne entraîne une accumulation de glutamate (Glu), une hyperstimulation des récepteurs du glutamate, des influx plus élevés de Ca2+ et de Na+ dans les cellules par les canaux activés par le Glu (Stelmashook et al. 1999). Ce processus conduit au gonflement des cellules, à la désexcitation des mitochondries et à la mort des cellules granuleuses. Cependant, l’ajout d’un antagoniste de NMDAR à la ouabaïne a empêché ces réponses. Les auteurs suggèrent qu’une chute de l’activité de la Na+/K+-ATPase dans les neurones pourrait contribuer à l’apparition de troubles neurologiques chroniques.
Plusieurs alpha-isoformes de la Na+/K+-ATPase, possédant une sensibilité différente à la ouabaïne, pourraient avoir des fonctions de signalisation différentes. L’inhibition de l’isoforme alpha-3 de la Na+/K+-ATPase neuronale du rat à une faible (100 nM) concentration d’ouabaïne a conduit à l’activation de la cascade des MAP kinases via PKC et PIP3 kinase. Contrairement à l’isoforme alpha3 de la Na+/K+-ATPase sensible à la ouabaïne, une isoforme alpha1 de la Na+/K+-ATPase résistante à la ouabaïne (inhibition avec 1 mM de ouabaïne) régule la MAP kinase via des réactions dépendantes de la kinase Src. L’utilisation d’un test apoptotique Annexin V-FITC pour déterminer les cellules présentant des caractéristiques apoptotiques précoces nous permet de conclure que l’isoforme alpha3 stimule et que l’isoforme alpha1 supprime le processus apoptotique dans les neurones du cervelet. Ces données sont la première démonstration montrant la participation des isoformes Na+/K+-ATPase résistantes à l’ouabaïne (alpha-1) et sensibles à l’ouabaïne (alpha-3) dans diverses voies de signalisation dans les cellules neuronales (Karpova et al. 2010a, b).
Récepteurs du glutamate chez les invertébrés Le rôle important de la transmission glutamatergique à travers les classes d’invertébrés met en évidence une voie par laquelle la pompe Na+/K+ pourrait avoir un impact sur la transmission glutamatergique. Ce transmetteur joue un rôle important au niveau de la NMJ des arthropodes. De plus, il est un déterminant clé dans le système nerveux central chez d’autres classes majeures d’invertébrés (Walker et al. 1996). Ces rôles importants impliquent les récepteurs ionotropes et métabotropes homologues du glutamate. Il existe une relation étroite entre les récepteurs du glutamate et les formes supérieures de comportement à travers les phyla (voir la revue Robbins et Murphy 2006). Malgré cela, à ce jour, aucun récepteur de glutamate d’invertébrés modulé par la pompe Na+/K+ n’a été décrit. Cependant, les agonistes du glutamate et du glutamate non-NMDA dépolarisent les cellules gliales et les cellules de Retzius des sangsues, modifiant l’activité Na+ intracellulaire et induisant une post-hyperpolarisation (Dorner et al. 1994). Cette post-hyperpolarisation est bloquée par 100 µM d’ouabaïne et lorsque le sodium externe est partiellement remplacé par du lithium. Ces expériences montrent que les effets directs du glutamate et des agonistes non NMDA du glutamate peuvent activer une pompe Na+/K+.
Récepteurs GABA Les GABAR mammifères sont classés en récepteurs GABAA, GABAB et GABAC (Olsen 2018). Les récepteurs GABAA et GABAC sont ionotropes, tandis que les récepteurs GABAB sont métabotropes. Il existe relativement peu de littérature sur l’interaction entre la Na+/K+-ATPase et les GABAR. Des études utilisant de l’ARN de cerveau de rat injecté dans des ovocytes de Xenopus ont montré l’effet de la ouabaïne sur les récepteurs GABA (Arvanov 1990 ; Arvanov et Usherwood 1991). Quatre à dix jours après l’injection, les ovocytes ont répondu à des applications de 1-100 µM de GABA, de L-kainate et de L-glutamate. Les trois composés ont provoqué des courants entrants. Dans une solution saline contenant de l’ouabaïne, les réponses au GABA, au L-kainate et au L-glutamate ont été augmentées de 80-120 %, 20-30 % et 20-40 %, respectivement, dans les ovocytes folliculés et défolliculés. Les potentiels d’inversion de ces courants induits par les agonistes n’ont pas changé en présence de l’ouabaïne. L’ouabaïne à 100 µM a également augmenté le poids et le volume des ovocytes. Les auteurs ont proposé que l’ouabaïne, en augmentant le volume des ovocytes, augmente la surface de la membrane ovocytaire contenant des récepteurs qui est accessible aux agonistes appliqués de manière exogène. Ceci suggère que l’effet de l’ouabaïne est direct. Le rôle clé de la Na+/K+-ATPase dans la modulation des flux de Cl- (voir ci-dessus) signifie qu’il est possible que cet effet puisse moduler cette classe importante de récepteurs inhibiteurs.
Récepteurs de la dopamine (DARs) La Na+/K+-ATPase est impliquée dans la régulation des DARs. Les DARs peuvent interagir avec une gamme de molécules collectivement appelées protéines d’interaction des récepteurs de la dopamine, DRIPs, qui non seulement régulent la signalisation des récepteurs mais contribuent au trafic et à la stabilité des récepteurs et à la formation du complexe de signalisation des DARs dans les cellules (Kabbani et Levenson 2007). Bertorello et al. (1990) ont apporté la preuve que la dopamine, par un effet synergique sur les récepteurs D1 et D2, inhibe l’activité Na+/K+-ATPase des neurones isolés du striatum. Ceci conduit à une dépolarisation transitoire de la MP, avec une augmentation du Na+ intracellulaire. Les DARs des mammifères sont divisés en deux familles, à savoir D1 et D2. La famille D1 contient les sous-types D1 et D5 qui sont couplés à la protéine G hétérotrimérique GS et régulent positivement l’activité de l’adénylyl cyclase. Les sous-types de la famille D2, à savoir D2, D3, D4, sont couplés aux protéines G/O inhibitrices et réduisent l’activité de l’adénylyl cyclase. La dopamine et les autres catécholamines modulent l’activité de la Na+/K+-ATPase par deux mécanismes, à savoir un effet direct sur l’enzyme et un effet sur les récepteurs des catécholamines, mais impliquant les voies PKC et PKA. Ces derniers activent la Na+/K+-ATPase par la stimulation des voies PKC et PKA dans des tissus spécifiques (Therien et Blostein 2000). La liaison de la dopamine aux DARs D1 des neurones néostriataux inhibe l’activité de la Na+/K+-ATPase, tandis que la liaison de la dopamine aux DARs D2 active les canaux sodiques, ce qui augmente le sodium intracellulaire et active la Na+/K+-ATPase (Aizman et al. 2000). En utilisant la co-immunoprécipitation et la spectrométrie de masse, il a été démontré que les DARs D1 et D2 existent dans un complexe avec la Na+/K+-ATPase (Hazelwood et al. 2008). Ces auteurs ont réalisé des essais biologiques avec la Na+/K+-ATPase et les DARs co-exprimés dans des cellules HEK293T pour étudier l’impact de la Na+/K+-ATPase sur la fonction des DARs. La transfection de DARs D1 ou D2 dans des cellules HEK293T a entraîné une diminution marquée de l’activité Na+/K+-ATPase α1 sans changement des niveaux de protéines de l’enzyme. Les DARs sont capables de réduire la fonction de la Na+/K+-ATPase en l’absence de dopamine et sans modification des niveaux enzymatiques. Ceci fournit des preuves supplémentaires pour soutenir l’importance d’un complexe d’interaction. La co-expression des deux protéines dans un signalplex (un terme pour décrire un complexe de récepteurs, composé d’une variété d’interactions protéiques, voir Hazelwood et al. 2010) a entraîné un amortissement réciproque de la fonction de l’autre. Ce travail montre que l’interaction entre les DAR et la sous-unité α1 de la Na+/K+-ATPase entraîne une modulation réciproque de la fonction entre les deux protéines, à la fois en présence et en l’absence de ligands, fournissant un nouveau mécanisme de contrôle pour la signalisation des DAR et l’équilibre ionique dans la cellule.
Les DAR sont impliqués dans l’adaptation de l’activité de la Na+/K+-ATPase du striatum de la souris après l’activation des récepteurs opioïdes par la morphine (Wu et al. 2007). In vivo, un traitement à court terme par la morphine a stimulé l’activité de la Na+/K+-ATPase et cette stimulation a été inhibée par un antagoniste D2R, tandis qu’un traitement à long terme par la morphine a inhibé la Na+/K+-ATPase et cette inhibition a été inhibée par un antagoniste D1R. Une protéine kinase A dépendante de l’AMPc a été impliquée dans la régulation de l’activité de la Na+/K+-ATPase par la morphine.
Interaction du DAR invertébré avec la Na+/K+-ATPase La complexité de la signalisation de la dopamine chez les invertébrés est bien établie, et tous les principaux phyla expriment des homologues du DARS des mammifères (Walker et al. 1996 ; Troppmann et al. 2014). Un exemple est l’interaction entre la Na+/K+-ATPase et les récepteurs de la dopamine des cellules acineuses de la tique, Ixodes scapularis (Kim et al. 2016). La sécrétion des glandes salivaires induite par la dopamine a été inhibée par la ouabaïne (10 µM), qui a bloqué le transport de fluide dans les acini de type III. Kim et al. (2016) suggèrent que la cible de la signalisation intracellulaire médiée par le récepteur D1 pour la sécrétion des glandes salivaires comprend la Na+/K+-ATPase. La base de cette interaction fonctionnelle reste à élucider. Fonctionne-t-elle par le biais du type d’interactions protéiques directes décrites chez les mammifères ou en déplaçant les gradients ioniques nécessaires au fonctionnement normal des cellules ? Les preuves de telles interactions dans le système nerveux des invertébrés manquent.
Récepteurs de la sérotonine (5-hydroxytryptamine) (5-HTR) Les 5-HTR sont classés dans les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) et les canaux ioniques à libération par ligand et médient à la fois les effets excitateurs et inhibiteurs (Hoyer et al. 1994). Il existe au moins six RCPG, à savoir 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4-7, qui peuvent être divisés en sous-types, et un canal cationique Na+ et K+ ligand-gated, 5-HT3. La 5-HT module l’activité de la Na+/K+-ATPase dans les neurones pyramidaux CA1 de l’hippocampe du rat (Zhang et al. 2012b). Cette inhibition passe par les 5-HT3R car elle a été réduite par un antagoniste des 5-HT3R mais pas par un antagoniste des 5-HT1R. En outre, un agoniste des 5-HT3R a imité l’effet de la 5-HT. Les agonistes de la 5-HT peuvent modifier l’activité de la Na+/K+-ATPase dans le cortex cérébral des rats à partir du 21e jour (Hernández 1982), et cet effet est bloqué par les antagonistes de la 5-HT. Après un état d’hypersensibilité induite des récepteurs 5-HT, la réponse de la Na+/K+-ATPase aux agonistes 5-HT a été augmentée. L’auteur a conclu que la sensibilité des récepteurs 5-HT dans le cerveau du rat implique la Na+/K+-ATPase.
La 5-HT agit comme un transmetteur dans tous les principaux phyla (Walker et al. 1996). Cependant, il existe peu de preuves d’interactions entre les 5-HTR et la pompe Na+/K+. L’injection de Na+ dans les neurones sensoriels T de la sangsue, H. medicinalis, entraîne une négativité accrue de la MP en raison de l’activation de la Na+/K+-ATPase (Catarsi et Brunelli 1991). Cette augmentation de la négativité est bloquée par la 5-HT qui inhibe directement l’activité de la pompe Na+/K+ dans les cellules T par l’intermédiaire de l’AMPc (Catarsi et al. 1993). La stimulation répétitive du champ récepteur des cellules T induit une augmentation de la post-hyperpolarisation (AHP) dans les cellules T qui est principalement due à une augmentation de l’activité Na+/K+-ATPase (Scuri et al. 2002). L’AHP est réduite par la 5-HT ou l’inhibition de la pompe Na+/K+ qui peut faciliter la conduction du potentiel d’action dans les terminaisons synaptiques et être importante pour la plasticité à court terme (Scuri et al. 2007). L’inhibition de la pompe Na+/K+, après injection de 10 nM de dihydro-ouabaïne, entraîne un comportement de nage plus rapide, suggérant un rôle de la pompe dans la physiologie de la nage chez la sangsue. Cependant, l’interaction entre la 5-HT et la pompe Na+/K+ au niveau moléculaire chez la sangsue n’est pas connue.