Cloxyquin active hTRESK par modulation allostérique du filtre de sélectivité

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 745 (2023) Citer cet article

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Le canal K+ de la moelle épinière lié à TWIK (TRESK, K2P18.1) est un canal K2P contribuant au maintien des potentiels membranaires dans diverses cellules. Récemment, la fonction physiologique de TRESK a été identifiée comme un acteur clé dans la différenciation des lymphocytes T, faisant de ce canal une nouvelle cible pharmacologique pour le traitement des maladies auto-immunes. L’activateur de canaux cloxyquin représente un composé prometteur pour le développement d’une nouvelle classe d’immunomodulateurs. L'identification du site de liaison de la cloxyquine et la caractérisation du mécanisme d'activation moléculaire peuvent favoriser le développement futur de médicaments. Ici, nous identifions le site de liaison de la cloxyquine à l'interface M2/M4 par analyse mutationnelle et analysons le mécanisme d'action moléculaire par modélisation protéique ainsi que par électrophysiologie in silico et in vitro en utilisant différentes espèces d'ions pénétrants (K+ / Rb+). En combinaison avec des analyses cinétiques de l'inactivation des canaux, nos résultats suggèrent que la cloxyquin stabilise de manière allostérique le filtre de sélectivité interne, facilitant le processus de conduction activant ensuite hTRESK.

Les canaux potassiques à deux pores (K2P) sont exprimés dans une pléthore de cellules conduisant le K+ du cytosol vers l'espace extracellulaire et abaissant ainsi le potentiel membranaire1,2,3. 15 gènes de mammifères codant pour différentes sous-unités sont connus, formant des canaux ioniques homo- et hétérodimères4,5,6. Chaque sous-unité possède quatre hélices transmembranaires (M1-M4), deux hélices poreuses (P1, P2) et des boucles porogènes (SF1, SF2) ainsi que deux hélices extracellulaires (C1, C2), englobant la structure Cap typique des canaux K2P7. . Comme les canaux K+ (Kv) dépendants du potentiel, les canaux K2P dimères s'assemblent avec un filtre de sélectivité tétramère (SF), formé d'une paire de deux boucles de pores internes (SF1, SF2) présentes dans chaque monomère7. D’un autre côté, les canaux K2P ne sont pas primairement déclenchés par la tension et adoptent des états conducteurs sur une large gamme de tensions physiologiques8. Le SF exerce une fonction dominante dans le déclenchement des canaux, qui rappelle mécaniquement l'inactivation de type C des canaux Kv 9,10,11,12,13,14,15,16.

Contrairement aux autres canaux K2P, le canal K+ de la moelle épinière lié à TWIK (TRESK, K2P18.1) est régulé par les ions Ca2+ intracellulaires17,18. Cette régulation est contrôlée par la liaison de la calcineurine à une boucle intracellulaire entre M2 et M3, unique dans les canaux K2P17,19. La déphosphorylation à différentes positions de cette boucle conduit à l'activation des canaux18,20,21. L'expression de K2P18.1 se trouve dans différentes régions du système nerveux comme la moelle épinière, le cerveau, le noyau suprachiasmatique ainsi que la racine dorsale et les ganglions trijumeaux22,23,24,25. Avec TREK-1/-2 (K2P2.1, K2P10.1), K2P18.1 diminue le potentiel membranaire de ces cellules régulant l'activité neuronale23,24,25. Il n’est donc pas surprenant que les dysfonctionnements soient associés à des troubles tels que la migraine, l’épilepsie et les douleurs neuropathiques18,26,27,28. Très récemment, K2P18.1 a été identifié comme un interrupteur principal dans la prolifération et la différenciation des cellules T (Treg) régulatrices dans le thymus . Par conséquent, l’activation pharmacologique de K2P18.1 pourrait constituer une nouvelle stratégie d’immunomodulation dans le traitement de maladies auto-immunes comme la sclérose en plaques29.

Le premier composé prometteur est la cloxyquine (5-chloro-8-hydroxyquinoléine), qui a été identifiée comme un activateur de K2P18.1 par criblage de flux Tl+ et par enregistrements de patch-clamp de cellules entières30. Les criblages de sélectivité ont prouvé que la cloxyquine active spécifiquement K2P18.1, alors que les autres canaux K2P n'étaient ni inhibés ni activés de manière significative31. De plus, la stimulation des canaux par la cloxyquine a été identifiée comme indépendante de la stimulation indirecte par Ca2+/calcineurine, indiquant un effet direct sur le canal ionique31. La stimulation directe a en outre été étayée par des études mutationnelles sur le canal murin K2P18.1 (mTRESK). Le remplacement des acides aminés F156 et F364 par l'alanine a entraîné une perte prononcée de l'activité de la cloxyquine, qui pourrait être induite par la perturbation des interactions directes avec le canal. Cependant, les deux mutations ont conduit à un fort gain de fonction des canaux ioniques, ce qui pourrait également influencer leur efficacité31. Bien que la cloxyquine soit hautement sélective par rapport aux autres canaux K2P, sa puissance modérée sur les canaux K2P18.1 humains (hTRESK) limite son applicabilité en tant que médicament potentiel30,31. L’utilisation de la cloxyquine comme composé principal offre la possibilité de développer une nouvelle classe d’immunomodulateurs hautement spécifiques.