Caractérisation des canaux anioniques dans la membrane du globule rouge humain infecté par
Plasmodium falciparum

Le globule rouge humain

Originalité et caractéristiques physico‐chimiques 

Le sang est un tissu particulier de l’organisme, qui remplit de nombreuses fonctions importantes. Au premier rang, le transport des gaz respiratoires réalisé essentiellement par les globules rouges permet une distribution adaptée de l’oxygène aux tissus et un retour du dioxyde de carbone vers les poumons. Pour assurer ces fonctions, les érythrocytes sont des cellules très différenciées, et la majorité des protéines érythrocytaires, membranaires ou cytoplasmiques, ont pour rôle le maintien de cette capacité de transport d’O2 et de CO2. C’est pourquoi, compte‐tenu de la simplicité de ces cellules qui ont perdu leur noyau et leurs organites, les   globules rouges humains ont toujours été un modèle biologique très utilisé pour l’étude des transports membranaires. Les globules rouges humains proviennent de la différenciation des cellules souches hématopoïétiques, présentes dans la moelle osseuse, au cours de l’érythropoïèse. Sous l’action de l’érythropoïétine (EPO), ces cellules se différencient et perdent leur noyau, formant des réticulocytes qui entrent dans la circulation sanguine. Ceux‐ci terminent leur maturation en 24 à 48h, avec les dernières synthèses d’hémoglobine puis la perte des mitochondries et des ribosomes (Klinken, 2002). Les globules rouges matures remplissent alors leur rôle principal de transporteurs des gaz respiratoires, pendant une durée de vie moyenne de 120 jours, avant d’être retirés de la circulation par les macrophages, particulièrement dans la rate.   Les globules rouges humains sont des cellules petites, en forme de disque biconcave d’un diamètre de 8μm, d’une épaisseur de 2μm et d’un volume moyen de 90 fL. Du fait de leur forme, la surface de membrane de 130 μm² est en excès de 40 % par rapport à une sphère de même volume, ce qui, associé à l’absence de noyau,   permet à ces cellules de supporter des augmentations de volume très fortes, ou de passer dans des capillaires d’un diamètre plus petit que leur propre diamètre. Les érythrocytes représentent 40 à 45 % du volume sanguin, constituant ainsi la population très majoritaire du sang ; on en trouve de 4 à 6 millions dans un microlitre de sang.   Du fait de leur spécialisation, le cytoplasme des érythrocytes a un contenu très particulier, extrêmement riche en protéines. Il contient environ 5 mM d’hémoglobine, soit environ 340 g/L, ce qui représente environ 98 % de la masse protéique du globule rouge.    

L’homéostasie du globule rouge 

La capacité des érythrocytes à transporter les gaz respiratoires repose essentiellement sur deux molécules, présentes en très grande quantité dans le globule rouge : l’hémoglobine, cytoplasmique, transporteur de l’O2, et l’échangeur d’anions membranaire Cl‐ /HCO3‐ (ou bande 3). Ce dernier est nécessaire au transport de CO2 via le cycle de Jacobs‐Stewart impliquant l’anhydrase carbonique (Jacobs and Stewart, 1942). Les érythrocytes supportent en effet 70 % du transport de CO2 par le sang. Mais pour permettre le bon fonctionnement de ces deux machines moléculaires, tout un réseau de transporteurs membranaires et d’effecteurs cytoplasmiques sont présents. Ils permettent la régulation de la composition ionique, du volume ou de l’équilibre acido‐basique d’une cellule circulante, dont l’environnement direct peut varier de façon très forte et très rapide. L’activité de ces transporteurs membranaires permet le maintient, en situation physiologique, d’un pH intracellulaire proche de 7.2, et des concentrations ioniques définies dans le tableau 1, avec celles du plasma.    Les transporteurs présents dans les membranes de toutes les cellules en général et de l’érythrocyte en particulier peuvent être classés en plusieurs catégories selon leur mode de fonctionnement. • Les transporteurs actifs utilisent de l’énergie pour transporter des molécules contre leur gradient chimique ou électrochimique. Les transports actifs primaires utilisent en général directement l’énergie d’hydrolyse de l’ATP (on les appelle des pompes), les transporteurs actifs secondaires utilisant quant à eux les gradients construits grâce aux transporteurs actifs primaires. Ce sont toujours des cotransporteurs (symports ou antiports). • Les transporteurs passifs permettent le passage à travers la membrane de molécules suivant leur gradient de diffusion. Ils peuvent être très spécifiques ou non d’un soluté. Parmi eux se trouvent les canaux ioniques, spécialisés dans le transport des molécules chargées. Par opposition aux autres transporteurs membranaires, les canaux ioniques (plus ou moins sélectifs) sont tous non saturables (du moins à des concentrations physiologiques), non stéréospécifiques et ont une faible énergie d’activation. En effet, si les autres types de transporteurs fixent de façon transitoire des solutés pour les transférer à travers la membrane, les canaux ioniques sont des pores aqueux, contenant un filtre de sélectivité, qui peuvent s’ouvrir ou se fermer. Il s’agit donc de transporteurs très efficaces, puisque le flux d’ions à travers un canal peut atteindre 100 millions d’ions par seconde, soit une vitesse 105 fois supérieure à la vitesse maximale de transport obtenue par l’intermédiaire de n’importe quel autre type de protéine de transport. Les mécanismes contrôlant l’ouverture ou la fermeture de ces canaux sont très variés, allant de la variation du potentiel membranaire (canaux voltage‐dépendant), au stress mécanique (canaux mécanosensibles) ou à la fixation d’un ligand (récepteur‐ canal).

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