L'homéostase hydrique dans le vivant : organisation moléculaire, réflexes osmorégulateurs et évolution

L'eau represente environ 70 % de l'organisme humain ; elle est repartie a raison de 55 % dans les cellules et 45 % dans les compartiments non cellulaires, en particulier les fluides biologiques (le milieu interieur), chaque compartiment ayant son systeme propre de regulation. Les mecanismes d'osmoregulation cellulaire ont fait leur apparition avec la cellule elle-meme, c'est-a-dire avec les procaryotes il y a quelque 3,8 milliards d'annees. Les reponses au stress osmotique observees actuellement chez les bacteries, la levure, les cellules vegetales et animales en culture sont semblables. Les variations du volume intracellulaire s'exercent sur la membrane plasmique dont l'extension ou la contraction active des mecanorecepteurs (signalisation mecano-sensorielle). Ces derniers sont des canaux cationiques ; ils ont ete clones chez E. coli, le nematode C. elegans, la drosophile. La mecanotransduction du signal enclenche une cascade de transactivation, le dernier facteur de transcription agissant sur des genes osmoprotecteurs par liaison avec une sequence « Tonicity Responsive Element » (TonE). Ces genes osmoprotecteurs codent pour des enzymes qui synthetisent des osmolytes « compatibles », petites molecules organiques qui reequilibrent la pression osmotique. Le volume et l'osmolalite des fluides biologiques sont regules par des reflexes neuroendocriniens comportant une branche afferente nerveuse allant des baro- et osmo-recepteurs jusqu'a l'hypothalamus et une branche efferente endocrine avec secretion d'hormones peptidiques et activation de cellules cibles, les cellules hydroosmotiques, situees dans les organes osmo-regulateurs. Les signaux afferents declenchent la biosynthese et la maturation des preprohormones dans les cellules neurosecretrices (supraoptiques et paraventriculaires) de l'hypothalamus. La vasopressine chez les mammiferes ou la vasotocine chez les autres vertebres, douees des proprietes antidiuretique et antinatriuretique, agissant au niveau des cellules hydroosmotiques situees dans le tube collecteur du nephron. Un recepteur heptatransmembranaire du type V2, situe dans la membrane basolaterale, est couple avec une proteine heterotrimerique Gs qui active l'adenylate cyclase dont le produit cAMP stimule la proteine kinase A (PKA). Cette derniere mobilise 5 effecteurs situes dans la membrane apicale: 1/ le canal a eau aquaporine 2 (AQP2); 2/ le transporteur de l'uree UT1; 3/ le canal sodium amiloride-sensible ENaC; 4/ le canal potassium a rectification interne ROM-K1; 5/ le canal a chlorure CFTR. La modulation de chaque effecteur est mediee par une proteine d'ancrage de la kinase A (AKAP) specifique du substrat et orientant la phosphorylation. La mise en place de AQP2 s'effectue par des vesicules ciblees vers la membrane apicale par une proteine VAMP2 qui s'associe a une proteine de la membrane plasmique du type syntaxine. La fusion assure l'integration membranaire de l'effecteur. Les transports de l'eau et des solutes sont passifs, determines par les gradients de concentration. L'eau entre dans la cellule par AQP2, en sort par AQP3 et AQP4 dans l'interstitium et penetre dans les capillaires par AQP1. L'orchestration intracellulaire des cellules hydroosmotiques par la vasopressine met en jeu des modulateurs d'effecteurs dont les biosyntheses sont regulees par un mecanisme a elucider.