Canaux ioniques : canaux sodiques (Na⁺)
Canaux sodium voltage-dépendants (Na_v) : fonctionnement

Les canaux sodium voltage-dépendants sont formés :

• de sous-unités α, suffisantes pour former le canal Na⁺ (260 kD) pour le passage des ions,
• de sous-unités β (2 à 4) qui facilitent leur localisation membranaire et permettent la modulation de leurs propriétés.

Fonctionnement des canaux sodium voltage-dépendants

Ces canaux sodium voltage-dépendants se présentent sous trois principaux états conformationnels :

• fermé,
• ouvert ou activé,
• inactivé (Sodium channels, the electrogenisome and the electrogenistat: lessons and questions from the clinic 2012).

1. Au repos, la membrane axonale possède un certain potentiel de membrane, dit potentiel de repos (en général -70 mV).

• Le potentiel de membrane est défini par rapport au milieu extracellulaire, i.e. l'intérieur de la cellule est négative par rapport à l'extérieur.
• Ce potentiel de membrane négatif est dû en grande partie à la plus grande perméabilité de la membrane aux ions potassium (phénomènes ioniques dand le potentiel de membrane).

Dans ces conditions de repos, les canaux sodium sont fermés.

Les canaux Na⁺ sont état désactivés et bloqués du côté extracellulaire par leurs portes d'activation.

2. En réponse à une dépolarisation membranaire locale, générée par exemple par l'action d'un neurotransmetteur sur son récepteur ionotrope, le canal s'active, i.e. s'ouvre ce qui permet une entrée d'ions Na⁺ qui provoque l'élévation du potentiel membranaire.

• Cette entrée d'ions Na⁺ provoque une dépolarisation qui ouvre de plus en plus de canaux sodium, ce qui emballe la réaction (dépolarisation active : cycle de Hodgkin).
• Cette dépolarisation correspond à la phase ascendante d'un potentiel d'action.
• À partir d'un certain seuil, en général situé vers -50 à -40mV (seuil de déclenchement), cette dépolarisation provoque inévitablement la création d'un potentiel d'action (loi du tout ou rien).

3. Après le déclenchement du potentiel d'action, le canal se désactive rapidement, de l'ordre de la millisecone, en fermant sa porte d'inactivation.

• La porte d'inactivation peut être considéré comme une sorte de " bouchon " lié aux domaines III et IV de la sous-unité alpha intracellulaire de la chaîne.

• 

  Cette fermeture empêchent l'entrée d'autres ions, ce qui provoque l'arrêt de la hausse du potentiel membranaire : le canal est dit inactivé.

Cette phase d'inactivation n'est pas encore comprise complètement. On peut distinguer :

• une inactivation rapide de l'ordre de la milliseconde due à la fermeture de la porte d'activation ;
• une inactivation lente, lors de dépolarisation prolongée, dont le mécanisme n'est pas clair et semble dépendre d'un changement de conformation du filtre sélectif comme dans le cas des canaux K_v et fait penser à une inactivation de type C (chapitre spécial sur les inactivations des K_v et Structure of a eukariotic voltage-gated sodium channel at near-atomic resolution 2017 et Sodium channel slow inactivation interferes with open channel block 2016) ;
• une activation ultralente dans les NaV1.4 quand A1529 est remplacée par un aspartate (D) dans la boucle P du IV^ème domaine (Interaction between fast and ultra-slow inactivation in the voltage-gated sodium channel. Does the inactivation gate stabilize the channel structure ? 2002).

4. Le potentiel membranaire rediminue alors (phase de repolarisation).

Cette phase est due à la sortie massive de K⁺ par les canaux potassiques voltage-dépendants (K_v) , mais aussi d'autres canaux potassiques comme les canaux K_2p, les K_ir ou les K_Ca.

5. Lorsque le potentiel de membrane devient suffisamment faible, la porte d'inactivation s'ouvre alors que la porte d'activation est fermée : on parle de déinactivation.

• On retrouve le potentiel de repos.
• Le canal est donc alors dans l'état désactivé du début, et est prêt à participer à un nouveau potentiel d'action.

Modulations

L'expression, la localisation et les fonctions des canaux sodiques voltage-dépendants sont régulées par une série de mécanismes transcriptionnels et post-traductionnels (An update on transcriptional and post-translational regulation of brain voltage-gated sodium channels 2015).

Les mécanismes transcriptionnels sont régulés par :

• des facteurs de transcription agissant sur les promoteurs des gènes,
• l'épissage alternatif

Les mécanismes post-transcriptionnels sont représentés par :

• la phosphorylation (cf. tableau et figure), en particulier par la PKA (Protein Kinase A) et la PKC (Protein Kinase C), qui peut atténuer les courants membranaire ou non selon les isoformes ;
• l'ubiquitination, la glycosylation et la palmitoylation.

Canaux sodium dépendants du ligand et canal de fuite (NALCN)