Canaux ioniques voltage-dépendants.
Les canaux ioniques voltage-dépendants sont des protéines membranaires présentes dans les cellules excitable, telles que les neurones et les cellules musculaires. Ces canaux sont sensibles aux changements de potentiel électrique à travers la membrane cellulaire. Lorsque le potentiel électrique de la membrane change, les canaux ioniques voltage-dépendants subissent une modification conformationnelle qui entraîne leur ouverture ou leur fermeture, permettant ainsi le passage sélectif d'ions à travers la membrane. Les canaux ioniques voltage-dépendants sont impliqués dans la génération et la propagation des potentiels d'action, qui sont les signaux électriques utilisés par les cellules excitables pour communiquer. Ils interviennent nortamment dans la contraction musculaire, la transmission synaptique et la régulation de la fréquence cardiaque. Les canaux ioniques voltage-dépendants sont classés en différents types en fonction des ions qu'ils transportent et de leurs propriétés cinétiques. Quelques exemples :

Canaux sodiques voltage-dépendants (NaV).
Ces canaux sont responsables de la perméabilité au sodium. Ils s'ouvrent rapidement en réponse à une dépolarisation de la membrane, permettant l'entrée massive d'ions sodium dans la cellule et l'amplification du potentiel d'action. Les canaux sodiques voltage-dépendants sont cruciaux pour l'initiation et la propagation des potentiels d'action dans les neurones et les cellules musculaires. Ils existe différents types de canaux sodiques voltage-dépendants. Ils se distinguent par des distributions tissulaires spécifiques et des fonctions distinctes :.

• Canal sodique Nav1.1 (SCN1A). - Ces canaux sont largement exprimés dans le système nerveux central et sont impliqués dans le contrôle de l'excitabilité neuronale. Les mutations dans le gène SCN1A sont associées à des troubles neurologiques graves, tels que l'épilepsie sévère de l'enfance (syndrome de Dravet).

• Canal sodique Nav1.2 (SCN2A). - Ces canaux sont également exprimés dans le système nerveux central et sont impliqués dans la génération et la propagation des potentiels d'action dans les neurones. Les mutations dans le gène SCN2A sont associées à des troubles du développement neurologique, y compris l'épilepsie infantile précoce.

• Canal sodique Nav1.3 (SCN3A). - Ces canaux sont exprimés dans le système nerveux central, ainsi que dans d'autres tissus, et sont impliqués dans le contrôle de l'excitabilité neuronale. Ils peuvent jouer un rôle dans la régulation de la plasticité synaptique et de la neurotransmission.

• Canal sodique Nav1.4 (SCN4A). - Ces canaux sont principalement exprimés dans les cellules musculaires et jouent un rôle essentiel dans la contraction musculaire. Les mutations dans le gène SCN4A sont associées à des troubles de la conduction musculaire, tels que la myotonie congénitale.

• Canal sodique Nav1.5 (SCN5A). - Ces canaux sont principalement exprimés dans le coeur et interviennent dans la génération du potentiel d'action cardiaque. Les mutations dans le gène SCN5A sont associées à divers troubles du rythme cardiaque, tels que le syndrome du QT long et la fibrillation auriculaire.

• Canal sodique Nav1.7 (SCN9A). - Ces canaux sont principalement exprimés dans les neurones périphériques et sont impliqués dans la transmission de la douleur. Les mutations dans le gène SCN9A sont associées à des troubles de la douleur, tels que l'insensibilité congénitale à la douleur.

• Canaux K_v1 (K_v1.x). -  Les canaux Canal K_v1, d'abord découverts chez la mouche drosophile (Drosophila melanogaster), sont souvent appelés canaux "Shaker". Ils jouent un rôle crucial dans le contrôle de l'excitabilité neuronale, en particulier dans la régulation de la fréquence de décharge. Les canaux K_v1 sont également impliqués dans la régulation de la plasticité synaptique et de la formation de la mémoire.

• Canaux K_v2 (K_v2.x). - Ces canaux sont impliqués dans le contrôle de l'excitabilité neuronale et la régulation de la neurotransmission. Ils jouent un rôle dans la modulation de l'activité neuronale à long terme et peuvent être régulés par des mécanismes de phosphorylation.

• Canaux K_v3 (K_v3.x). - Aussi connus sous le nom de canaux "Shaw", ces canaux ont une cinétique d'activation rapide et une capacité à générer des potentiels d'action à haute fréquence. Ils sont souvent exprimés dans les neurones à décharge rapide, tels que ceux impliqués dans l'audition.

• Canaux K_v4 (K_v4.x). - Ces canaux interviennent dans le contrôle de l'excitabilité neuronale et la modulation de la plasticité synaptique. Ils contribuent également à la régulation de la fréquence de décharge des neurones.

• Canaux K_v7 (K_v7.x). - Ces canaux, également appelés canaux "KCNQ", sont impliqués dans la régulation de l'excitabilité neuronale et jouent un rôle dans le contrôle du potentiel d'action et de la neurotransmission. Les mutations dans les gènes codant pour les canaux K_v7 sont associées à des troubles neurologiques tels que l'épilepsie.

• Canaux K_ir (K_ir.x). - Ces canaux, également appelés canaux "inwardly rectifying", permettent principalement le passage du potassium dans le sens de son gradient de concentration, favorisant la repolarisation de la membrane après un potentiel d'action.

Canaux chlorure voltage-dépendants (ClV).
Bien que moins étudiés que les autres types de canaux ioniques voltage-dépendants, ces canaux permettent le passage sélectif d'ions chlorure à travers la membrane cellulaire en réponse à des changements de potentiel électrique. Ils sont impliqués dans divers processus cellulaires, y compris la régulation du volume cellulaire et la transmission synaptique dans certains types de neurones.

Canaux ioniques ligand-dépendants.
Les canaux ioniques ligand-dépendants sont des protéines membranaires qui s'ouvrent ou se ferment en réponse à la liaison d'un ligand spécifique, tel qu'un neurotransmetteur, à un récepteur situé sur la membrane cellulaire. Ils sont impliqués dans la transmission synaptique, la perception sensorielle, la contraction musculaire et la régulation du rythme cardiaque. Ils offrent une régulation fine de l'activité cellulaire en réponse à des signaux extracellulaires spécifiques. Il existe deux principaux types de canaux ioniques ligand-dépendants :

Canaux ionotropiques.
Aussi appelés récepteurs ionotropiques, les canaux ionotropiques sont impliqués notamment la transmission synaptique, la régulation de l'excitabilité neuronale, la contraction musculaire et la perception sensorielle. Ce sont des récepteurs membranaires qui agissent à la fois comme des récepteurs de neurotransmetteurs et comme des canaux ioniques. Ils sont généralement composés de plusieurs sous-unités protéiques qui forment un pore à travers la membrane cellulaire. Ces sous-unités peuvent être identiques ou différentes et sont assemblées de manière à créer un canal fonctionnel. Lorsqu'un neurotransmetteur ou un autre ligand se lie à leur site de liaison extracellulaire, ces canaux subissent un changement conformationnel qui entraîne leur ouverture ou leur fermeture, permettant ainsi le passage sélectif d'ions à travers la membrane cellulaire selon leur gradient électrochimique. L'activation répétée ou prolongée des canaux ionotropiques peut induire des changements à long terme dans la force synaptique, ce qui contribue à des phénomènes tels que la plasticité synaptique et l'apprentissage. Exemples de canaux ionotropiques :

• Récepteurs NMDA (N-méthyl-D-aspartate). - Ce sont des canaux ionotropiques activés par le glutamate, un neurotransmetteur excitateur. Lorsque le glutamate se lie aux récepteurs NMDA, ces canaux s'ouvrent, permettant principalement le passage de calcium dans la cellule. Ils interviennent dans la plasticité synaptique et l'apprentissage.

• Récepteurs AMPA (acide α-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4- isoxazolepropionique). - Ces récepteurs sont également activés par le glutamate et sont responsables de la transmission rapide des signaux excitateurs dans le système nerveux central. L'activation des récepteurs AMPA conduit à une perméabilité sélective aux ions sodium et potassium.

• Récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine. - Ces récepteurs sont activés par l'acétylcholine (un neurotransmetteur), ainsi que par la nicotine. Ils sont principalement présents au niveau de la jonction neuromusculaire, où ils régulent la contraction musculaire en permettant le passage d'ions sodium et potassium à travers la membrane cellulaire.

• Récepteurs GABA-A (acide gamma-aminobutyrique). - Ces récepteurs sont activés par le neurotransmetteur inhibiteur GABA. Lorsque le GABA se lie à ces récepteurs, les canaux ionotropiques associés s'ouvrent, permettant principalement le passage de chlorure dans la cellule. Cela conduit à une hyperpolarisation de la membrane, inhibant l'activité neuronale. 

• Récepteurs sérotoninergiques 5-HT3. - Ces récepteurs sont activés par la sérotonine (5-HT) et sont impliqués dans la transmission du signal dans le système nerveux central et périphérique. Lorsque la sérotonine se lie à ces récepteurs, les canaux ionotropiques associés s'ouvrent, permettant principalement le passage de sodium et potassium.

Les récepteurs métabotropiques sont généralement constitués d'une seule sous-unité protéique  la membrane cellulaire sept fois, formant ainsi sept domaines transmembranaires. Ces récepteurs sont souvent liés à une protéine G hétérotrimérique composée de trois sous-unités : α, β et γ. Lorsqu'un ligand spécifique se lie au récepteur métabotropique à l'extérieur de la cellule, il induit un changement conformationnel dans le récepteur, ce qui entraîne l'activation de la protéine G associée. Cette activation de la protéine G peut ensuite déclencher diverses voies de signalisation intracellulaire. Les protéines G activées par les récepteurs métabotropiques peuvent moduler l'activité de différentes enzymes effectrices telles que l'adénylate cyclase, la phospholipase C ou certaines protéines kinases. Ces enzymes, à leur tour, régulent la production de seconds messagers intracellulaires tels que l'AMP cyclique (AMPc), l'inositol triphosphate (IP3) et le diacylglycérol (DAG), conduisant à une variété de réponses cellulaires. Comme les voies de signalisation métabotropiques sont souvent complexes, les récepteurs métabotropiques peuvent être soumis à divers mécanismes de régulation, tels que la désensibilisation, l'internalisation et la modulation de l'expression génique. Exemples de récepteurs métabotropiques :

• Récepteurs adrénergiques. - Les récepteurs adrénergiques sont activés par les catécholamines comme l'adrénaline et la noradrénaline. Ils jouent un rôle essentiel dans la régulation de la fréquence cardiaque, de la pression artérielle et du métabolisme énergétique. Parmi les sous-types principaux on mentionnera : les récepteurs α-adrénergiques et les récepteurs β-adrénergiques.

• Récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. - Ces récepteurs sont activés par l'acétylcholine et jouent un rôle important dans la régulation du système nerveux parasympathique. Ils sont impliqués dans la régulation de la fréquence cardiaque, de la contraction musculaire lisse et de la sécrétion glandulaire.

• Récepteurs sérotoninergiques (5-HT). - Les récepteurs sérotoninergiques sont activés par la sérotonine et interviennent dans la régulation de l'humeur, du sommeil, de l'appétit, de la perception de la douleur et de nombreux autres processus physiologiques. Il existe plusieurs sous-types de récepteurs sérotoninergiques.

• Récepteurs dopaminergiques. - Les récepteurs dopaminergiques sont activés par la dopamine et jouent un rôle dans la régulation de la motivation, du plaisir, de la coordination motrice et de la cognition. Ils sont impliqués dans de nombreuses maladies neurologiques et psychiatriques, y compris la maladie de Parkinson et la schizophrénie.

• Récepteurs histaminergiques. - Les récepteurs histaminergiques sont activés par l'histamine et jouent un rôle dans la régulation de la réponse immunitaire, de la fonction gastro-intestinale, de la fonction cardiovasculaire et de la vigilance. Ils sont également ciblés par certains médicaments antihistaminiques.

Canaux ioniques TRP (Transient Receptor Potential).
Certains membres de la famille des canaux TRP, tels que TRPV4, TRPC1 et TRPM7, ont été identifiés comme étant sensibles aux stimuli mécaniques. Par exemple, TRPV4 est activé par l'étirement membranaire et la pression osmotique, contribuant ainsi à la régulation de la perméabilité ionique et du potentiel de membrane dans divers types cellulaires.

Canaux ioniques piezoélectriques.
Les canaux ioniques piezoélectriques, notamment les canaux Piezo1 et Piezo2, sont activés par la déformation mécanique de la membrane cellulaire. Ils interviennent dans la sensibilité au toucher, la régulation de la pression sanguine et la perception de la douleur.

Canaux ioniques sensibles à l'étirement.
Ces canaux sont activés par l'étirement de la membrane cellulaire, comme cela se produit lors de l'étirement des tissus musculaires ou lors de la distension des organes internes. Ils sont impliqués dans la régulation de la contractilité musculaire, la perception de la sensation de distension dans les organes internes et d'autres fonctions physiologiques liées à l'étirement mécanique des tissus.

Canaux ioniques sensibles à la pression.
Certains canaux ioniques, tels que les canaux potassiques et les canaux calciques, peuvent également être activés par des changements de pression mécanique, bien que leur sensibilité directe à la pression soit souvent modulée par d'autres facteurs, tels que les interactions avec d'autres protéines membranaires ou cytoplasmiques.

Canaux ioniques régulés par les hormones.
Les canaux ioniques régulés par les hormones (par exemples , telles que l'insuline, l'adrénaline et les stéroïdes) interviennent dans la régulation du potentiel de membrane cellulaire, la transmission synaptique, la contraction musculaire et la sécrétion hormonale elle-même. Quelques exemples :

Récepteurs couplés aux protéines G (RCPG).
Ces récepteurs, également connus sous le nom de récepteurs à sept domaines transmembranaires (R7T), sont activés par la liaison d'hormones spécifiques telles que les catécholamines, les peptides et les hormones stéroïdes. Lorsque l'hormone se lie au récepteur, celui-ci active une cascade de signaux intracellulaires qui peut aboutir à l'ouverture ou à la fermeture de canaux ioniques spécifiques.

Récepteurs nucléaires. 
Ces récepteurs sont des facteurs de transcription qui, lorsqu'ils se lient à leur ligand hormonal, modulent directement l'expression des gènes. Les hormones stéroïdes, telles que les hormones thyroïdiennes, les hormones sexuelles et les glucocorticoïdes, agissent principalement via des récepteurs nucléaires pour réguler l'expression des gènes codant pour les protéines des canaux ioniques, ce qui modifie leur nombre et leur fonctionnement.

Récepteurs ionotropiques.
Certains récepteurs ionotropiques (V. ci-dessus) sont sensibles à des hormones spécifiques. Par exemple, les récepteurs NMDA (récepteurs du N-méthyl-D-aspartate), qui sont des récepteurs ionotropes pour le glutamate, peuvent être modulés par des hormones telles que les glucocorticoïdes, affectant ainsi la neurotransmission et la plasticité synaptique.

Récepteurs à activité kinase. 
Certains récepteurs hormonaux, tels que les récepteurs à activité kinase, peuvent moduler l'activité des canaux ioniques via des voies de signalisation intracellulaire. Par exemple, l'insuline agit via des récepteurs à activité tyrosine kinase pour réguler l'activité des canaux potassiques dans les cellules musculaires et adipeuses, ce qui affecte le métabolisme du glucose.

Canaux ioniques activés par le second messager. 
Les canaux ioniques activés par le second messager sont modulés par des molécules de signalisation intracellulaires (seconds messagers), telles que les ions calcium ou les nucléotides cycliques, suite à l'activation de récepteurs couplés aux protéines G ou d'autres récepteurs. Ils ne sont pas directement activés par des neurotransmetteurs ou d'autres ligands Leur activité est influencée par des signaux intracellulaires générés par des récepteurs métabotropiques ou d'autres protéines de signalisation. Ils interviennent dans la régulation de la signalisation intracellulaire et de la réponse cellulaire à divers stimuli. Exemples de canaux ioniques activés par le second messager :

Canaux potassiques activés par l'AMP cyclique (cAMP).
Certains canaux potassiques sont activés par l'augmentation de la concentration intracellulaire en AMPc. L'AMP cyclique est produit par l'activation de l'adénylate cyclase en réponse à des neurotransmetteurs ou à d'autres signaux extracellulaires. Une fois activés, ces canaux potassiques permettent la sortie de potassium de la cellule, ce qui peut hyperpolariser la membrane cellulaire et inhiber l'excitabilité neuronale. Par exemple, les canaux ioniques régulés par l'AMPc dans les cellules cardiaques peuvent être activés par l'augmentation de la concentration intracellulaire en AMPc, entraînant une augmentation de la fréquence cardiaque.

Canaux calciques activés par l'inositol triphosphate (IP3). 
Les canaux calciques situés dans la membrane du réticulum endoplasmique sont activés par l'IP3, un second messager produit par l'hydrolyse du phosphatidylinositol bisphosphate (PIP2) en réponse à la stimulation des récepteurs métabotropiques pour les neurotransmetteurs ou les hormones. L'activation de ces canaux calciques entraîne la libération de calcium du réticulum endoplasmique dans le cytoplasme, ce qui peut déclencher diverses réponses cellulaires telles que la contraction musculaire ou la sécrétion de neurotransmetteurs.

Canaux sodiques activés par le diacylglycérol (DAG). 
Certains canaux sodiques sont activés par le diacylglycérol (DAG), un second messager produit par l'hydrolyse du phosphatidylinositol bisphosphate (PIP2) en réponse à l'activation de certains récepteurs métabotropiques. L'activation de ces canaux sodiques peut entraîner une dépolarisation de la membrane cellulaire et favoriser la propagation de potentiels d'action dans les neurones et les cellules musculaires.

Canaux chlorure activés par le calcium. 
Certains canaux chlorure sont activés par l'élévation de la concentration intracellulaire en calcium, qui peut être induite par la libération de calcium du réticulum endoplasmique ou par l'entrée de calcium à travers d'autres canaux ioniques activés par des stimuli extérieurs. L'activation de ces canaux chlorure peut induire une sortie de chlorure de la cellule, modulant ainsi le potentiel de membrane et la réponse cellulaire.