Le pH intracellulaire et sa régulation

MAI

1994, 66. no 5

Le pH intracellulaire et sa regulation Le p H intracellulaire (pH,) des cellules eucaryotes a longtemps ete considere comme invariable, et il semblait que le cytopfasme de chaque cellule avait une capacite tampon suffiSante pour que les reactions metaboliques impliquan t la liberation ou la captation de protons n ‘en trainen t pas de variations signi fica tives du pHi. Par contre un role important des ions H+ dans le fonctionnement de differentes organelles intracellulaires (mitochondries, lysosomes et plus recemment endosomes) a ete largement deba ttu. On sait aujourd’hui que les cellules eucaryotes main tiennen t activemen t leur pH in tracellulaire grace a une variete de mecanismes membranaires de transport des protons. De plus, la valeur du pH, nest pas stable mais peut varier dans certaines limites. Une des raisons de l’inter& actuel port& au pH intracellulaire est que ces variations pourraient servir de messager intracellulaire a l’action de differents signaux extracellulaires. Cette courte revue essaie de faire le point des don&es les plus r&en tes, l’excellen t article de Roes et Boron [I ] et le livre edite par Nuccitelli et Deamer [2] doivent cependant Btre consult& pour une revue plus complete du sujet. La plupart des cellules etudiees maintiennent leur pHi a une valeur proche ou legerement plus acide que celle des milieux physiologiques. Comme elles maintiennent egalement un potentiel de membrane, les ions Ht sont rarement a l’equilibre au travers de la membrane plasmique et la permeabilite passive de la membrane aux ions Hi a tendance a faire en trer les protons a l’in terieur des cellules. De plus, comme l’ensemble des reactions metaboliques produit un exces de protons, /es cellules doivent con tinuellement repomper les protons vers le milieu extracellulaire. Les mecanismes de pompage operent contre le gradient Blectrochimique des ions H’ et nkcessitent l’apport d’energie soit

sous la forme d’ATP, soit par le cotransport autre ion.

d’un

Deux mecanismes majeurs regulent le pH, dans les cellules eucaryotes, ce sont I’echangeur Na ‘/H’ et l’echangew anionique. L’echangeur Na+/H4 est present dans toutes les cellules etudiees a I’exception des globules rouges anuclees. II est reversible et ca talyse l’echange electroneutre d’un ion Na’ pour un ion H’. Dans les conditions ph ysiologiques, l’energie fournie par le gradient entrant des ions Na* sert a expulser les protons hors des cellu/es. En consequence l’echangeur Na+/H+ tend a ajuster le gradient transmembranaire des H’ et le pH, , au gradient transmembranaire des ions Na’. Dans le muscle squelettique et les fibroblastes, l’importance de cet echangeur est suffisament grande pour que la valeur du pH, depende directement du gradient de Na’ [3,4]. Dans le cowr, par contre, le pH intracellulaire semble etre controle par d’autres mecanismes et la fonction principale de l’echangeur Na+/H+ est d&juster ie gradient de hia+ au gradient de H+, controlant ainsi l’etat de contractilite du myocarde et sa sensibilite aux digitaliques 151. L’echangeur Na+/H+ est le mecanisme de regulation du pH, le mieux connu et ce grace a une pharmacologic specifique. II est inhibe par un diuretique puissant, l’amiloride, et recemment de nouveaux derives de t’amiloride presentant une haute affinite pour l’echangeur Nat/H’ ont ete decrits [6]. L’action diuretique de ces molecules est due au fait que l’echangeur Na+/H+ permet la reabsorption de Na’ par le tubule proximal renal et la reabsorption d’eau qui lui est associee. Les ions Cl- et HCOi sont egalement impliques dans la regulation du pHi dans la plupart des cellules. L ‘echangeur Cl-/HCOF semble avoir une fonction complementaire de celle de l’echangeur Nat/H’. Dans le caeur, l’echangeur Na+/Ht est le mecanisme principal de regulation du pHi lorsque le cytoplasme devient acide, alors que le systeme anionique prend le relais pour proteger le m yocarde con tre une alcalinisa-