Direction des sciences du vivant

Les canaux potassiques sensibles à l'ATP (K_ATP) sont des complexes octamériques constitués de Kir6.x qui forme le pore du canal, et du récepteur des sulfonylurées (SUR) qui assure le rôle de régulateur du canal. La composition des canaux varie en fonction des tissus (cellule ß pancréatique: Kir6.2/SUR1; muscle cardiaque: Kir6.2/SUR2A), et confère entre autre des propriétés pharmacologiques distinctes. Ainsi, Kir6.2/SUR1 est spécifiquement activé par l'hyperglycémiant diazoxide, tandis que les ouvreurs anti-hypertensifs n'agissent que sur Kir6.2/SUR2A.
Le but de cette thèse est de déterminer le mécanisme d'action de ces ouvreurs potassiques. Nos recherches ont débuté par la localisation du site de fixation de ces ouvreurs en utilisant une approche chimérique entre SUR1 et SUR2A. Les résultats ont démontré de façon surprenante, qu'un seul résidu de SUR2A (Thr1253 ou Leu1249) est nécessaire et suffisant pour conférer la sensibilité aux ouvreurs antihypertensifs. Thr1253 ne semble pas créer de liaisons hydrogènes spécifiques avec les ouvreurs. Seul le faible encombrement de sa chaîne latérale semble être le critère important pour l'activation des canaux KATP.
Nos recherches ont également porté sur les interactions entre les domaines de liaison des nucléotides (NBD) de SUR et les ouvreurs potassiques. Les résultats dévoilèrent l'activation des canaux K_ATP de type cardiaque par le diazoxide en présence de MgADP entre 10 et 100 µM. Il fût également démontré, en collaboration avec le laboratoire du Pr André Terzic, que les NBD ont une activité ATPase essentielle à l'action de certains ouvreurs, mimant ainsi des substrats potentiels.
Plusieurs hypothèses et modèles sont proposés dans ce mémoire, dont la validation pourrait aider à une meilleure compréhension des mécanismes d'activation des canaux K_ATP, et à terme, d'extrapoler ces résultats à des transporteurs ABC homologues de SUR, tels que MRP1, YCF1 et CFTR.

ATP sensitive potassium channels are octameric complexes constituted of Kir6.x which forms the channel pore, and of the sulfonylurea receptor which acts as a regulator subunit. The channel composition varies depending on the tissue (ß pancreatic cell: Kir6.2/SUR1; cardiac muscle: Kir6.2/SUR2A), and confers, among others, pharmacological specificity. Thus, Kir6.2/SUR1 is specifically activated by the hyperglycemiant diazoxide, whereas antihypertensive openers operate only on Kir6.2/SUR2A.
The aim of this thesis is to determine the mechanism of action of these potassium channel openers. Our research began by the localisation of the opener binding site using a chimeric approach with SUR1 and SUR2A. Results showed surprisingly that only one residue from SUR2A (Thr1253 or Leu1249) is necessary and sufficient to confer sensitivity to openers. Thr1253 appears not to be implicated in forming specific hydrogen bonds with openers. Lateral chain steric hindrance seems to be characteristics of this residue most critical in the mechanism of K_ATP channel activation.
Our researches focused also on interactions between SUR Nucleotide Binding Domains (NBD) and potassium channel openers. Results revealed the diazoxide-activation of cardiac K_ATP channels in presence of MgADP ranging from 10 to 100 µM. It was likewise demonstrated, in collaboration with André Terzic's laboratory, that NBD's have an ATPase activity important in the action of certain openers, thus mimicking potential substrates.
Several hypotheses and models are proposed in this report, which constitute a starting point toward a better understanding of not only the mechanism of K_ATP channel activation, but also of the structure-function relationships of other ABC transporters like MRP1, YCF1 and CFTR.