Electrophysiological characteristics, molecular identity, regulation and physiological role of membrane anionic channels of the human erythrocyte in health and disease
Détermination des caractéristiques électrophysiologiques, de l'identité moléculaire, de la régulation et du rôle physiologique/patho-physiologique des canaux anioniques de la membrane des érythrocytes
Résumé
Red blood cells are a classic model system for studying how ions, nutrients and other solutes cross the plasma membrane. Molecular identity, regulation and physiological role of anionic channels are unclear, in spite of the evidences of their involvement in the physiological process of senescence of RBCs, as well as in pathological conditions such as sickle cell disease or malaria. The present work, using patch-clamp electrophysiological technique and biochemical assays shows that: 1/ The diversity of anionic channel activities recorded in normal, as well as in Plasmodium falciparum-infected human erythrocytes, corresponds to different kinetic modalities of a unique type of maxi-anion channel with multiply conductance levels, gating properties and pharmacology, depending on conditions. 2/ The molecular identity of these anionic channels corresponds to the voltage-dependent anion channel (VDAC), one of the component of the peripheral-type benzodiazepine receptor (PBR) present in the RBCs membrane. 3/ The dormant, endogenous VDAC becomes the "new permeability pathways" in infected erythrocytes after up-regulation by P.falciparum and is modulated by the Ring-infected Erythrocyte Surface Antigen (RESA), protein exported by the parasite to the host RBC membrane. Finally, the present work contributes to the understanding of the specific role played by the ionic channels in the RBCs membrane, both in health and disease. It shows that it would be simplistic to consider that these channels are relics or residues of a lost previous function during evolution or maturation process of erythrocytes.
Les érythrocytes sont un modèle pour l'étude du transport des ions, des nutriments et de divers solutés au travers de la membrane cellulaire. L'identité moléculaire, la régulation et rôle physiologique des canaux ioniques sont pas clairement établis malgré leur implication évidente dans des processus physiologiques comme la sénescence ou pathologiques comme la drépanocytose ou le paludisme. Le présent travail de thèse a fait appel à la technique du 'patch-clamp' et à diverses méthodes biochimiques pour démontrer que: 1/ La diversité des courants anioniques enregistrés au travers de la membrane de l'érythrocyte humain sain, ou infecté par P. falciparum, correspond à différents états d'activité d'un type unique de canal 'maxi-anionique' comportant des niveaux de conductance, des modes d'activation et des propriétés pharmacologiques variables selon les conditions physico-chimiques. 2/ L'identité moléculaire de ce canal anionique est de type 'voltage dependent anion channel (VDAC)'. Il est l'une des trois composantes d'un récepteur 'peripheral-type benzodiazepine receptor (PBR)' présent dans la membrane érythrocytaire. 3/ Le canal VDAC, généralement peu actif correspond, lorsqu'il est activé, à la nouvelle voie de perméation 'new permeability pathway' décrite dans la membrane de l'érythrocyte infecté par P. falciparum. L'activation résulte alors en partie de l'insertion dans la membrane érythrocytaire de protéines plasmodiales de type 'Ring-infected Erythrocyte Surface Antigen (RESA). Ce travail contribue à l'élucidation de la nature exacte des canaux ioniques présents dans la membrane érythrocytaire et avance une hypothèse unificatrice quant au rôle joué par ces canaux.