Couplage entre les régions IIS4S5 et IIIS6 lors de l’activation du canal calcique CaV3.2

Le canal calcique dépendant du voltage de type-T CaV3.2 joue un rôle important dans l’excitabilité neuronale et dans la perception de la douleur. Le canal CaV3.2 partage une grande homologie structurale et fonctionnelle avec les canaux NaV. Ces deux types de canaux sont activés par de faibles dépolarisations membranaires et possèdent des cinétiques de temps d’activation et d’inactivation plus rapides que les canaux CaV de type-L. Les structures cristallines à haute résolution des canaux bactériens NaVAb (Payandeh et al. 2011; Payandeh et al. 2012) et NaVRh (Zhang et al. 2012) suggèrent que l’hélice amphiphile S4S5 du domaine II peut être couplée avec les résidus de l’hélice S6 dans le domaine II ainsi qu’avec des résidus de l’hélice homologue dans le domaine adjacent, soit le domaine III, et ce, durant l’activation du canal. Pour déterminer les résidus fonctionnellement couplés, durant l’activation du canal CaV3.2, une analyse cyclique de doubles mutants a été effectuée par substitution en glycine et alanine des résidus clés entre l’hélice S4S5 du domaine II et le segment S6 des domaines II et III. Les propriétés biophysiques ont été mesurées à l’aide de la technique de « cut-open » sur les ovocytes. Les énergies d’activation ont été mesurées pour 47 mutations ponctuelles et pour 14 paires de mutants. De grandes énergies de couplage (ΔΔGinteract > 2 kcal mol-1) ont été observées pour 3 paires de mutants introduites dans les IIS4S5/IIS6 et IIS4S5/IIIS6. Aucun couplage significatif n’a été observé entre le IIS4S5 et le IVS6. Nos résultats semblent démontrer que les hélices S4S5 et S6 provenant de deux domaines voisins sont couplées durant l’activation du canal calcique de type-T CaV3.2. Voltage-activated T-type calcium channel CaV3.2 plays an important role in neuronal excitability and in pain perception. CaV3.2 channel bears a strong structural and functional homology with voltage-dependent NaV channels. In particular, these channels are activated by relatively small depolarization and display faster activation and inactivation kinetics than the L-type CaV channel. High-resolution crystal structures of bacterial NaVAb (Payandeh et al. 2011; Payandeh et al. 2012) and NaVRh (Zhang et al. 2012) suggest that the amphiphilic helix S4S5 in Domain II may be coupled with S6 residues both in Domain II and in the adjacent Domain III during channel activation.To determine whether residues in the S4S5 helix of Domain II are functionally coupled with residues in the S6 helix in Domain II and Domain III during the voltage-dependent activation of CaV3.2, a double mutant cycle analysis was performed by introducing pairs of glycine and alanine residues in the S4S5 helix of Domain II and the S6 region of Domains II and III. Biophysical properties were measured with the cut-open oocyte technique. Activation gating was measured for 47 single mutants and 14 pairs of mutants. Strong coupling energies (ΔΔGinteract > 2 kcal mol-1) were reported for 3 pairs of mutants introduced in IIS4S5/IIS6 and IIS4S5/IIIS6. No significant coupling was observed between IIS4S5 and IVS6. Altogether, our results demonstrate that the S4S5 and S6 helices from neighboring domains are energetically coupled during the activation of the low voltage-gated T-type CaV3.2 channel.

Keyphrases: activation, canal ionique, électrophysiologie, activation, calcium, double mutant cycle analysis, ionic channel, electrophysiology, gating