Propriétés inattendues de l’échangeur anionique du globule rouge La leçon des poissons Unexpected properties of red blood cell anion exchanger The fish lesson

Bien qu'étudié depuis plus de 50 ans, l'échangeur anionique (ou AE, anion exchanger) Cl^-/HCO₃^- encore appelé bande 3 dans les globules rouges, est toujours capable de nous surprendre. Cette protéine de 911 acides aminés chez l'homme, qui est la principale protéine membranaire dans les globules rouges fait partie de la famille des AE1 codés par le gène slc4a1 que l'on retrouve dans tout le règne animal. L'AE1 catalyse l'échange électroneutre d'un ion chlorure et d'un ion bicarbonate de part et d'autre de la membrane plasmique. Son abondance dans la membrane érythrocytaire permet une diffusion très rapide des ions bicarbonates à travers la membrane cellulaire. Ce phénomène contribue à la respiration en augmentant considérablement la capacité sanguine de transport du CO₂ qui, diffusant dans les globules rouges, est hydraté et transformé en ions bicarbonate rapidement expulsés contre des chlorures [1, 2]. Par ailleurs, cette protéine joue un rôle structural important dans les érythrocytes en se fixant à diverses protéines du cytosquelette, elle intervient aussi dans le métabolisme érythrocytaire en interagissant avec l'enzyme glucose-6-phospho-déshydrogénase et joue également un rôle de signal de reconnaissance grâce aux motifs antigéniques qu'elle expose à la surface érythrocytaire [3].

Deux études indépendantes, l'une sur la régulation de volume cellulaire des globules rouges de truite et l'autre sur la perméabilité membranaire des hématies de patients souffrant d'anémies hémolytiques héréditaires, ont permis de démasquer une fonction de transport des cations tout à fait inattendue pour un AE1.

Nous avons montré il y a plusieurs années que, contrairement aux bandes 3 de mammifères, la bande 3 des globules rouges de truite était capable d'adopter une conformation canal anionique permettant le transport à travers la membrane plasmique de solutés tels le Na, le K mais aussi la taurine, principal acide aminé contenu dans ces cellules [4, 5]. Cette conformation est induite par la dilution des électrolytes intracellulaires lors d'une entrée d'eau importante dans la cellule [6]. À ce jour, la bande 3 des globules rouges de truite était le seul membre de la famille des AE1 capable de transporter des cations dans une situation physiologique particulière, le gonflement hypo-osmotique. Compte tenu des similitudes importantes dans le domaine transmembranaire des AE1, siège des propriétés de transport de la protéine, on pouvait envisager que les AE1 d'autres espèces soient également capables de transporter des cations dans certaines situations.

Une collaboration entre médecins et chercheurs nous a permis de valider cette hypothèse.

Dans certains cas d'anémies hémolytiques héréditaires, on observe que les gradients des ions Na et K de part et d'autre de la membrane des érythrocytes se dissipent lorsque ces cellules sont stockées au froid [7,8]. Le milieu intracellulaire perd du K de façon passive. Les données de cinétique isotopique réalisées sur les globules rouges de ces malades suggèrent que la fuite des cations emprunte une voie de perméabilité présentant la même pharmacologie que celle de l'échangeur Cl^-/HCO₃^-. Par ailleurs, l'analyse génétique des différents pédigrés révèle une mutation dans l'exon 17 du gène slc4a1 codant pour la bande 3. Le séquençage complet du gène chez les individus représentatifs a permis de localiser 5 mutations ponctuelles différentes conduisant aux mutations faux-sens suivantes sur la protéine : Ser731Pro ; His734Arg ; Leu687Pro ; Asp705Tyr et Arg760Gln. à l'exception de cette dernière mutation connue sous le nom de Bande 3 Prague [9], aucune des autres mutations n'était connue. Ces mutations n’induisent pas un déficit important de bande 3 dans la membrane plasmique mais elles réduisent considérablement la capacité de transport d'anions de la protéine.

La connaissance des propriétés de transport de la bande 3 de truite suggérait que l'échange anionique n'était pas la seule fonction de transport des AE1. Aussi, on pouvait envisager que les mutations de la bande 3 humaine soient responsables des anomalies de perméabilité cationique des globules rouges. Pour confirmer le rôle de ces mutations dans la fuite de cations observée dans les hématies des malades, nous avons exprimé dans l'ovocyte de xénope ces cinq mutants de la bande 3 humaine et analysé le contenu et la perméabilité au Na et K de ces cellules comparativement à des ovocytes témoins ou exprimant une bande 3 humaine non mutée. De manière spectaculaire, on observe que l'expression dans la membrane ovocytaire de chacune des bandes 3 mutées induit une fuite des cations Na et K dont la concentration intracellulaire s'équilibre avec la concentration extracellulaire. Ainsi, une simple mutation ponctuelle sur la séquence de la protéine suffit à convertir l'échangeur anionique en un transporteur de cations non sélectif [10].

Ces résultats suggèrent que les AE1 portent intrinsèquement la possibilité de transporter d'autres substrats que les anions et peuvent être convertis en « canaux » cationiques. Cette conversion de l'échangeur anionique en « canal » cationique requiert vraisemblablement un changement structural de la protéine qui peut être induit par l'une des mutations ponctuelles identifiées comme le suggère l'impossibilité pour la protéine mutée de fixer un inhibiteur covalent spécifique des échangeurs anioniques.

Ces travaux mettent en évidence le rôle crucial de ce transporteur dans certaines anémies hémolytiques héréditaires et c'est, à notre connaissance, la première identification moléculaire d'un gène impliqué dans l'anomalie de perméabilité cationique des stomatocytoses héréditaires.

De plus, ce travail ouvre des perspectives intéressantes quant au rôle de la bande 3 dans les perméabilités cationiques qui apparaissent dans d'autres pathologies érythrocytaires comme l'anémie falciforme ou encore le paludisme.