• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

AE1 ou Band 3 (bande 3)
Vue d'ensemble et structure

Sommaire
définition

Band 3 (bande 3 ou AE1) fait partie des échangeurs anioniques (antiports faisant partie des co-transporteurs ou transporteur secondaires) qui régulent l'échange Cl-/HCO3- (chlore/bicarbonate) à travers les membranes plasmique.

Ce transport d'ions est le plus rapide de tous les transporteurs connus (cf. mécanisme).

Vue d'ensemble de l'AE1

Band 3 sur SDS-PAGE
Band 3 sur SDS-PAGE
(Figure : vetopsy.fr)

Band 3 (Band 3 anion transport protein ou protéine érythrocytaire-1 échangeuse d'anions en français) est aussi appelé AE1 (anion exchanger 1) ou SLC4A1 (solute carrier family 4 member).

Band 3 est hautement conservée.

1. AE1/Band 3 (loupe omim.org), omniprésente chez les vertébrés, est exprimée chez les mammifères dans :

  • la membrane cellulaire des érythrocytes (globules rouges) par sa isoforme eAE1, dans laquelle elle représente la principale glycoprotéine (25 à 30%),
  • la surface basolatérale des cellules intercalaires A du canal collecteur du rein, cellules qui acidifient l'urine en sécrétant des protons (H+) par des ATPases, par sa isoforme kAE1 (k pour kidney),
  • les podocytes du glomérule rénal dans une étude récente (où elle contribue au fonctionnement de la barrière de filtration glomérulaire pour prévenir la protéinurie (Anion exchanger 1 in red blood cells and kidney: Band 3’s in a pod 2010).

2. Des mutations spécifiques de l'AE1 humaine provoquent (Molecular physiology and genetics of Na+-independent SLC4 anion exchangers 2009) :

  • des anémies hémolytiques héréditaires,
  • des acidosse tubulaires rénales distales.

De nombreuses propriétés des érythrocytes sont régulées par la pression partielle d'oxygène à laquelle ils sont exposés. Parmi elles,

3. Band 3 est présente sous forme dimérique et tétramérique dans les membranes (cf. plus bas).

Structure générale de l'AE1

La structure de la Band 3 humaine érythrocytaire (911 résidus) est composée de deux domaines distincts (Crystal structure of the anion exchanger domain of human erythrocyte band 3 2015 et Band 3, the human red cell chloride/bicarbonate anion exchanger (AE1, SLC4A1), in a structural context 2016) :

  • Band 3
    Band 3
    (Figure : vetopsy.fr)
    un domaine N-terminal cytosolique (1-360), point d'ancrage de nombreuses protéines ;
  • un domaine membranaire intégral (361-911) dont l'extrémité C-terminale catalyse l'échange ionique.

kBand 3 est plus courte de 65 résidus N-terminaux (The major kidney band 3 gene transcript predicts an amino-terminal truncated band 3 polypeptide 1989).

La structure de band 3 est similaire à plusieurs membres de transporteurs dont la structure a été révelée récemment :

Domaine membranaire

Structure globale

Le domaine membranaire (361-911), dont l'extrémité intracytoplasmique est désordonnée, comprend 14 domaines transmembranaires (TM1-TM14).

Ce domaine, impliqué dans l'échange d'ions, est fonctionnel en l'absence du domaine N-terminal intracytoplasmique. La partie hautement conservée commence à Phe379.

Band 3 et UapA
Band 3 et UapA
(Figure : vetopsy.fr d'après
Reithmeier et coll
et Alguel et coll)

1. Les domaines transmembranaires ont une conformation hélicoïdale classique.

  • Certains n'atteignent pas les 20 résidus, correspondant à l'épaisseur d'environ 30 Å de la phase hydrophobe d'une bicouche lipidique.
  • D'autres sont classées en boucles réentrantes (ou demi-hélices) comme TM3 ou TM10.

2. Les antigènes des groupes sanguins sont situés sur les boucles extracellulaires reliant les segments TM.

3. Le site unique de N-glycosylation sur Asn642 se trouve entre TM7 et TM8.

Organisation des domaines 
  transmembranaires

Les 14 segments TM de la bande 3 sont constitués de deux régions répétées (A et B) de 7 TM inversées (TM1-7 et TM8-14) à repliement similaire :

  • le domaine central (core domain ou domaine de transport), formé par TM1-4 et de sa répétition inversée TM 8-11 ;
  • le domaine de la porte (gate domain), constitué de TM5-7 étroitement associé à la répétition inversée TM12-14.

Par contre, l'orientation de TM1-TM4 par rapport à TM5-TM7 diffère de celle de TM8-TM11 par rapport à TM12-TM14, i.e. les répétitions A et B n'ont pas la même structure même si elles ont des topologies identiques (mais inversées).

Cette différence structurelle est en effet cruciale, car c'est la raison pour laquelle le site putatif de liaison aux anions est exposé à l'espace extracellulaire.

Le mouvement de bascule relatif des domaines de la porte et du noyau dans ces protéines modifierait l'accessibilité du seul site de liaison au substrat d'un côté de la membrane à l'autre pour accomplir la translocation anionique (loupemécanisme alternatif).

Site de liaison des anions

Le site de liaison aux anions est situé à l'extrémité N-terminale des hélices TM3 et TM10.

Ce site laisse un espace de 12 Å qui permet le passage des ions Cl- (1.8 Å) et HCO3- (2.3 Å).

Des anions plus gros comme le pyridoxal-5-phosphate hydraté (8.8 Å), forme active de la vitamine B6, pourrait aussi le traverser.

En l'absence d'anion, la chaîne latérale Glu681 de TM8 (Glu241 dans UraA) peut occuper ce site et agit comme bloqueur de la porte.

La chaîne latérale de Arg730 de TM10 fait face au site actif, situé à 7,5 Å de Glu681.

  • Arg730 fournit donc l'environnement chargé positivement pour accueillir les anions.
  • Arg730 peut interagir directement avec la charge négative sur le bicarbonate (et le chlorure), le groupe OH du bicarbonate formant une liaison hydrogène directement ou par l'intermédiaire de l'eau avec la chaîne latérale de Glu681.
Band 3 et DIDS<sub>2</sub>
Band 3 et DIDSH2
(Figure : vetopsy.fr
d'après Reithmeier et coll)

His834, situé près de l'extrémité de l'hélice TM10 est un résidu essentiel dans le changement de conformation qui se produit pendant le transport d'anions (Histidine-834 of Human Erythrocyte Band 3 Has an Essential Role in the Conformational Changes That Occur during the Band 3-Mediated Anion Exchange 2003).

Des résidus hydroxyles dans les régions étendues de TM3 (Ser465) et TM10 (Ser725, Thr727, Thr528) pourraient participer à la liaison des anions en remplaçant les molécules d'eau liées : les chlorures pourraient alors être déshydratés comme dans les canaux ClC (ClC chloride channels viewed through a transporter lens 2006).

Domaine de la porte (gate domain)

Le domaine de la porte contient des lysines dans TM5 (Lys539 ) et TM13 (Lys851).

Or, Le transport d'anions dans les globules rouges peut être inhibé par des anions organiques comme le 4,4'-diisothiocyano-2,2'-stilbène disulfonate (DIDS) ou son dérivé réduit (DIDSH2).

  • DIDSH2 se lie à ces lysines pour obstruer l'espace entre les lysines.
  • En outre, il interagit avec Arg730 qui fait face à l'espace entre les extrémités hélicoïdales de TM3 et TM10.
  • Il pourrait aussi entrer en interaction avec Glu681.

DIDSH2 occupe une position stratégique, entre le domaine central et les domaines de la porte, dans un passage qui mène au site de liaison des anions : il entraverait le mouvement relatif des deux domaines, bloquant la translocation en verrouillant Band 3 dans un état orienté vers l'extérieur (OF, outward-facing).

Domaine de dimérisation membranaire

Band 3 est présente sous forme dimérique et tétramérique dans les membranes.

1. Les domaines isolés, que ce soient N-terminaux ou membranaires sont dimériques et sont transportés indépendamment vers la membrane (Impaired trafficking of human kidney anion exchanger (kAE1) caused by hetero-oligomer formation with a truncated mutant associated with distal renal tubular acidosis 2002).

Les sous-unités des dimères fonctionnent séparément : les mutations peuvent donc toucher une sous-unité ou les deux, comme dans les AR dRTA, autosomal recessive distal renal tubular acidosis (Anion exchanger 1 mutations associated with distal renal tubular acidosis in the Thai population 2003).

Dimère du domaine N-terminal de SLC4A8
Dimère de Band 3
(Figure : vetopsy.fr d'après Reithmeier et coll)

L'interface dimérique (1092 Å2) est représentée par :

  • un faisceau à quatre hélices provenant de TM5 et TM6 dont les interactions prédominantes se produisent aux extrémités extracellulaires de ces deux hélices à Leu572 située à l'extrémité extracellulaire N-terminale de TM6 ;
  • une contribution de TM7 et du côté membranaire cytosolique de H4 et de la boucle le reliant à TM13.

Cette interface a une forme d'entonnoir, avec peu d'interactions entre les deux sous-unités sur le côté cytosolique du dimère.

  • L'interface dimère, constitué uniquement par le domaine de la porte, peut donc changer pendant le cycle de transport lorsque les sous-unités constituantes passent d'une conformation vers l'extérieur à une conformation tournée vers l'intérieur.
  • L'interface dimérique peut rester fixe et le domaine central peut se déplacer pendant le cycle de translocation.

Certains pensent que la dimérisation pourrait aussi avoir lieu par une interface entre les domaines centraux (Solute carriers keep on rockin' 2015).

2. Les tétramères sont formés par dimérisation des dimères AE1, par l'intermédiaire du domaine N-terminal cytoplasmique, dimérisation stabilisée par interaction avec l'ankyrine (Effect of Band 3 Subunit Equilibrium on the Kinetics and Affinity of Ankyrin Binding to Erythrocyte Membrane Vesicles 1998).

Domaine N-terminal

Bibliographie
  • Marieb E. N. - Anatomie et physiologie humaines - De Boeck Université, Saint-Laurent, 1054 p., 1993
  • Maillet M. - Biologie cellulaire - Abrégés de Masson, 512 p, 2002
  • Thibault Ch., Levasseur M.C. - La reproduction chez les mammifères et l'Homme - Ellipse Editions Marketing S.A., Paris, 928 p., 2001
  • Vaissaire J.-P. - Sexualité et reproduction des mammifères domestiques et de laboratoire - Maloine S.A. Editeur, Paris, 457 p., 1977
  • Johnson M. H., Everritt B. J. - Reproduction - De Boeck Université, Saint-Laurent, 298 p., 2002