CE14 - Physiologie et physiopathologie

Role de l'interaction Piezo1/KCNN4 dans la physiopathologie du globule rouge – ROPKIP

Fonctionnement du couple PIEZO1/KCNN4 dans la membrane des globules rouges

L’activation du canal mécanosensible PIEZO1 dans la membrane des globules rouges (GR) induit un influx de calcium responsable de l’activation d’un canal potassique KCNN4. Le couplage fonctionnel entre ces deux canaux ioniques entraine une fuite de K, de Cl et d’eau et donc une déshydratation des GR. Des mutations indépendantes sur l’un ou l’autre de ces canaux ioniques conduisent à une déshydratation érythrocytaire responsable d’une anémie hémolytique, la stomatocytose héréditaire déshydratée.

Comprendre le couplage PIEZO1/KCNN4 dans la physiopathologie érythrocytaire

Dans ce projet nous souhaitons analyser le couplage entre PIEZO1 et KCNN4, identifier des partenaires susceptibles de réguler leur fonctionnement afin de proposer des pistes d’investigation thérapeutique pour prévenir les anémies hémolytiques associées aux mutations sur PIEZO1 ou KCNN4.

Ce projet est une approche multidisciplinaire combinant l’analyse génétique de nouvelles mutations de KCNN4 et PIEZO1 (sur des patients atteints de pathologie de la membrane du GR), à une analyse biochimique et fonctionnelle de ces mutations et à l’analyse bioinformatique des interactions entre ces canaux. Nous souhaitons identifier :
1/ les domaines de KCNN4 et PIEZO1 qui interagissent,
2/ les autres protéines susceptibles d’intervenir dans l’interaction entre KCNN4 et PIEZO1,
3/ des moyens d’agir sur cette interaction,
4/ des cibles moléculaires pour traiter la DHSt.

Nous avons caractérisé de nouvelles mutations du canal PIEZO1 et KCNN4, chez des patients souffrant d’anémie hémolytique.
Nous avons étudié les propriétés de PIEZO1 porteur de mutations sur la partie N terminale dans une zone mal définie structuralement. Nous avons montré que ces mutants avaient des comportements différents selon qu’ils étaient dans la membrane du globule rouge ou dans la membrane de cellules HEK293T, soulevant les limites des systèmes d’expression hétérologue pour étudier ces canaux ioniques et renforçant l’importance du contexte érythrocytaire pour le fonctionnement du couple PIEZO1/KCNN4.
Du point de vue bioinformatique, nous avons construit un modèle complet du canal KCNN4 couplé à la calmoduline ce qui n’avait encore jamais été fait.

La réalisation du projet aura un impact pour le développement de drogues pour le traitement des DHSt, pour développer des outils diagnostiques, pour la connaissance des interactions moléculaires entre les protéines et pour la transmission d'un savoir-faire dans la physiopathologie érythrocytaire.

1. « Hereditary Xerocytosis : differential behavior of PIEZO1 mutations in the N-terminal extracellular domain between red blood cells and HEK cells” Yamaguchi Y. et al. Frontiers, in press

2. « Caractérisation fonctionnelle de mutations N-terminales du canal PIEZO1 dans les globules rouges et dans les cellules HEK293T » Allegrini B. et al. Communication orale au congrès de la Société Française d’Hématologie, Paris, 9-11 septembre 2021

3. KCNN4 : insights into molecular activation of a K+ channel complexed to Calmodulin, S. Jedele, C. Etchebest, SFB-GEM MEETING 2021, BIOPHYSICS OF MEMBRANES AND BEYOND, 27-30 September 2021, online, Poster

4. Potassium transport in KCNN4: investigating complete models of the membrane channel, S. Jedele, C. Etchebest, APPICOM-2021 2nd Plenary Session,Lyon, November 15-18th, 2021, Poster.

La stomatocytose déshydratée (DHSt) est une maladie rare caractérisée par une anémie hémolytique et des globules rouges déshydratés (GR) par perte de KCl. Les symptômes sont très hétérogènes selon les patients allant de formes bénignes à graves. Des mutations sur PIEZO1, canal cationique mécanosensible, et sur KCNN4, canal K+ Ca2+ dépendant, sont responsables indépendamment de la DHSt. Que les mutations gain de fonctions affectent le fonctionnement de KCNN4 ou de PIEZO1, nous avons montré que la déshydratation des GR était la conséquence d’une hyperactivation du canal KCNN4. Il y a une interaction fonctionnelle entre ces deux canaux ioniques, PIEZO1 étant perméable au calcium et KCNN4 étant activé par l’augmentation du calcium intracellulaire. Nous faisons l’hypothèse que ces 2 canaux forment également un complexe macromoléculaire dans la membrane érythrocytaire. Ils joueraient un rôle déterminant dans l’homéostasie hydrique et ionique du GR et, par conséquent, dans sa déformabilité. Nous proposons que les différentes mutations responsables de DHSt altèrent les interactions entre ces 2 canaux ce qui expliquerait la variabilité du phénotype de DHSt. Aussi, avec ce projet, nous souhaitons déterminer le mécanisme de couplage des 2 canaux et le rôle de ce couplage dans la physiopathologie érythrocytaire. Ce projet est une approche multidisciplinaire combinant l’analyse génétique de nouvelles mutations de KCNN4 et PIEZO1 (sur des patients atteints de pathologie de la membrane du GR), à une analyse biochimique et fonctionnelle de ces mutations et à l’analyse bioinformatique des interactions entre ces canaux. Nous souhaitons identifier:
1/ les domaines de KCNN4 et PIEZO1 qui interagissent,
2/ les autres protéines susceptibles d’intervenir dans l’interaction entre KCNN4 et PIEZO1,
3/ des moyens d’agir sur cette interaction,
4/ des cibles moléculaires pour traiter la DHSt.
La réalisation du projet aurait un impact pour le développement de drogues pour le traitement des DHSt, pour développer des outils diagnostiques, pour la connaissance des interactions moléculaires entre les protéines et pour la transmission d'un savoir faire dans la physiopathologie érythrocytaire.

Coordination du projet

Hélène Guizouarn (Institut de biologie de Valrose)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

HEMATIM Hématopoïèse et immunologie
MMG Centre de Génétique Médicale de Marseille (Marseille Medical Genetics)
IBV Institut de biologie de Valrose
BIGR Biologie intégrée du globule rouge
HEMATIM LNPC / HEMATIM - UR UPJV 4666

Aide de l'ANR 488 093 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2020 - 42 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter